KR20060105567A - 압전 요소, 압전 요소를 이용한 액체 분사 헤드 및 액체분사 장치 - Google Patents
압전 요소, 압전 요소를 이용한 액체 분사 헤드 및 액체분사 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060105567A KR20060105567A KR20060028853A KR20060028853A KR20060105567A KR 20060105567 A KR20060105567 A KR 20060105567A KR 20060028853 A KR20060028853 A KR 20060028853A KR 20060028853 A KR20060028853 A KR 20060028853A KR 20060105567 A KR20060105567 A KR 20060105567A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- piezoelectric
- piezoelectric element
- piezoelectric layer
- path
- film
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 claims description 12
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical group [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 abstract description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 28
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 19
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 3
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 238000000018 DNA microarray Methods 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013212 metal-organic material Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JVJQPDTXIALXOG-UHFFFAOYSA-N nitryl fluoride Chemical compound [O-][N+](F)=O JVJQPDTXIALXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- -1 polyphenylen Polymers 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21L—LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF, BEING PORTABLE OR SPECIALLY ADAPTED FOR TRANSPORTATION
- F21L13/00—Electric lighting devices with built-in electric generators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
- B41J2/1646—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by sputtering
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/161—Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1623—Manufacturing processes bonding and adhesion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1626—Manufacturing processes etching
- B41J2/1629—Manufacturing processes etching wet etching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1632—Manufacturing processes machining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
- B41J2/1642—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by CVD [chemical vapor deposition]
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21L—LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF, BEING PORTABLE OR SPECIALLY ADAPTED FOR TRANSPORTATION
- F21L4/00—Electric lighting devices with self-contained electric batteries or cells
- F21L4/08—Electric lighting devices with self-contained electric batteries or cells characterised by means for in situ recharging of the batteries or cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2047—Membrane type
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8548—Lead-based oxides
- H10N30/8554—Lead-zirconium titanate [PZT] based
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
- B41J2002/14241—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2002/14419—Manifold
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/03—Specific materials used
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
제공된 것은, 압전층의 결정도가 개선되고, 액체 분사 장치뿐만 아니라 압전 요소, 상기 압전 요소를 사용하는 액체 분사 헤드의 균일한 특성을 가진 압전 요소이다. 상기 압전 요소는: 기판의 한쪽 표면에 제공되는 하부 전극; 납(Pb), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 압전 재료로 만들어지고, 상기 하부 전극 위쪽에 제공되는 상부 압전층; 및 상기 압전층 위쪽에 제공되는 상부 전극을 포함하고, 상기 압전 요소에서 압전층의 비투전율이 750 내지 1500이고 압전층의 고압적인 전기장이 10 내지 40kV/cm이다.
Description
도 1은 제 1 실시예에 따른 기록 헤드의 대략적인 형성을 나타내는 분해 사시도.
도 2a 및 2b는 제 1 실시예에 따른 상기 기록 헤드의 평면도 및 단면도.
도 3은 압전층의 자기 이력(履歷) 현상 루프를 나타내는 챠트.
도 4a 내지 4d는 제 1 실시예에 따른 기록 헤드를 제조하는 방법을 나타내는 단면도.
도 5a 내지 5c는 제 1 실시예에 따른 기록 헤드를 제조하는 방법을 나타내는 단면도.
도 6a 내지 6d는 제 1 실시예에 따른 기록 헤드를 제조하는 방법을 나타내는 단면도.
도 7a 내지 7c는 제 1 실시예에 따른 기록 헤드를 제조하는 방법을 나타내는 단면도.
도 8은 샘플 압전층의 잔여 극성 밀도 및 고압적인 전기장을 나타내는 그래프.
도 9는 샘플 압전 요소의 변위량 및 변위 감소 비율을 나타내는 그래프.
도 10은 실시예에 따른 기록 장치의 대략적인 형성을 나타내는 다이어그램.
본 발명은, 압전 분사 장치뿐만 아니라 압전 재료로 형성된 압전층을 포함하는 압전요소, 및 상기 압전 요소를 이용한 액체 분사 헤드에 관한 것이다.
압전 요소는 압전층이 두 전극 사이에 삽입되는 방법으로 형성된다. 예를 들면, 상기 압전층은 전기 기계 전환 기능(eletrical mechanical conversion function)을 나타내는 압전 재료로 만들어진다. 대안으로, 예를 들면, 상기 압전층은 결정화된 압전 세라믹으로 형성된다.
이러한 압전 요소를 사용한 액체 분사 헤드로서, 후술하는 형태를 가진 잉크젯 기록 헤드가 있다. 이 형태에 따르면, 잉크 방울이 토출되는 노즐 오리피스와 연통하는 압력 발생 챔버의 일부가 진동판(vibration plate)으로 구성된다. 상기 진동판은 압전 요소에 의해 변형되므로, 상기 압력 발생 챔버 각각의 잉크가 가압된다. 따라서, 잉크 방울은 상기 노즐 오리피스의 각각으로부터 분사된다. 잉크젯 기록 헤드의 두 가지 형태는 실용적으로 사용되고 있다. 상기 두 가지 형태 중 하나는 압전 액츄에이터가 압전 요소의 길이 방향으로 연장하고 수축하는 길이방향 진동 모드의 압전 액츄에이터를 사용한다. 다른 형태는 굴곡 진동 모드의 압전 액츄에이터를 사용한다.
상기 굴곡 진동 모드의 액츄에이터를 사용하는 잉크젯 기록 헤드로서, 예를 들면 후술하는 방법으로 형성된 잉크젯 기록 헤드가 알려져 있다. 평탄한 압전층은 필름-형성 기술(film-forming technique)의 사용으로 상기 진동판의 전체 표면 위에 형성된다. 그런 다음, 이러한 압전층은 석판 인쇄 방법(lithography method)에 의해 상기 압력 발생 챔버에 상응한 형태로 잘라 내어진다. 그것에 의해, 상기 압전 요소는, 상기 압전 요소가 다른 것으로부터 독립적일 수 있도록 상기 압력 발생 챔버에 개별적으로 형성된다.
더욱이, 이러한 압전 요소를 형성하는 압전층(압전 필름)으로서, 납 지르콘산염 티탄산염(PZT)로 만들어진 것이 있다(예를 들면, 일본국 특허 공개 공보 No.2001-284671). 이와 관련하여, 이러한 압전층을 포함하는 상기 압전 요소의 변위 특성 및 내구도과 같은 여러 가지 특징은 대부분 상기 압전층의 결정도에 의존한다. 또한 일본국 특허 공개 공보 No.2001-2846671에서, 비투전율(比透電率, relative permittivity), 고압전인 전기장 및 그와 유사한 것이 조정된다. 그러나, 일본국 특허 공개 공보 No.2001-284671에 드러난 이러한 압전 요소는 효율적인 결정도를 가진다고 말할 수 없다.
주의할 것은, 이러한 문제점들은 잉크젯 기록 헤드에 각각 설치된 압전 요소에 한정되지 않는다. 상기한 문제점들은 액체 분사 헤드에 각각 설치된 다른 압전 요소에 유사하게 존재하는 것은 말할 필요도 없다.
상술한 상태를 감안하여, 본 발명의 목적은, 압전층의 결정도가 개선되고, 액체 분사 장치뿐만 아니라 압전 요소, 압전 요소를 사용하는 액체 분사 헤드의 특성이 균일한 압전 요소를 제공하는 것이다.
상술한 문제점들을 해결하기 위한 목적 중 본 발명의 제 1 관점은: 기판의 한쪽 표면에 제공된 하부 전극; 납(Pb), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 압전 재료로 만들어지고, 상기 하부 전극 위쪽에 제공되는 압전층; 상기 압전층 위쪽에 제공되는 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 요소이다. 상기 압전층은, 상기 압전층의 비투전율이 750 내지 1500이고, 상기 압전층의 고압적인 전기장이 10 내지 40kV/cm인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 관점에서, 상기 압전층의 결정도는 현저하게 개선된다. 따라서, 변위 특성에서 우수하고, 높은 내전압 및 긴 내구 수명을 가진 압전 요소를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 2 관점은, 상기 압전층의 고압적인 전기장이 20 내지 30kV/cm이고, 상기 압전층의 잔여 극성 밀도가 10 내지 15μC/cm2를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 제 1 관점에 따른 압전 요소이다.
상기 제 2 관점에서, 상기 압전층의 결정도는 더욱 우수하게 달성되고, 상기 압전층의 변위 특성 및 내구 수명도 더욱 개선된다.
본 발명의 제 3 관점은 상기 압전층의 필름 두께가 0.5 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 상기 제 1 관점에 따른 압전 요소이다.
상기 제 3 관점에서, 상기 압전층의 결정도는 문제없이 현저하게 개선된다.
본 발명의 제 4 관점은, 상기 압전층의 구성비가 Pb/(Zr+Ti)=1.05 내지 1.5 및 Zr/Ti=53/47 내지 75/25의 상태로 하는 것을 특징으로 하는 상기 제 1 관점에 따른 압전 요소이다.
상기 제 4 관점에서, 소정의 범위 내에서 상기 압전층의 구성비를 조절함으로써, 상기 압전층의 결정도를 더욱 개선할 수 있다.
본 발명의 제 5 관점은, 압전 재료가 납 지르콘산염 티탄산염인 것을 특징으로 하는 제 1 관점에 따른 압전 요소이다.
상기 제 5 관점에서, 변위 특성 및 내구도에 우수한 압전 요소를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 6 관점은: 상기 제 1 관점에 따른 압전 요소; 및 상기 압전 요소가 경로-형성 기판의 한쪽 표면에 제공되고, 노즐 오리피스와 연통하는 압력 발생 챔버가 제공되는 경로-형성 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분사 헤드이다.
상기 제 6 관점에서, 상기 압전층의 변위 특성 및 내구 수명이 개선되기 때문에, 우수한 신뢰도를 가진 액체 분사 헤드를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 7 관점은 상기 제 6 관점에 따른 액체 분사 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분사 헤드이다.
상기 제 7 관점에서, 내구도 및 신뢰도에 우수한 액체 분사 장치를 제공할 수 있다.
이하에서, 실시예를 기초로 하여 본 발명에 대한 상세한 설명이 제공될 것이다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 잉크젯 기록 헤드의 대략적인 형상을 나타내는 분해 시시도이다. 도 2a는 도 1에 나타낸 상기 잉크젯 기록 헤드의 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A` 선에 따른 잉크젯 기록 헤드의 단면도이다. 본 실시예에서, 경로-형성 기판(10)은, 결정이 (110) 평명 방향으로 방향성을 가지는, 단일 결정 실리콘 기판으로 만들어진다. 탄성력 있는 필름(50)은, 도시된 바와 같이, 상기 경로-형성 기판(10)의 두 표면 중 하나에 형성된다. 상기 탄성력 있는 필름(50)은 0.5 내지 2㎛의 두께를 가지고, 열 산화에 의해 미리 형성된 실리콘 이산화물로 만들어진다. 상기 경로-형성 기판(10)에서, 구획벽(11)에 의해 구획된 복수의 압력 발생 챔버(12)는, 상기 압력 발생 챔버(12)의 폭 방향으로 나란히 배열된다. 길이 방향으로 상기 압력 발생 챔버(12)의 외부 영역에, 연통 부분(13)은 상기 경로-형성 기판(10)인 상기 압력 발생 챔버(12)를 형성한다. 상기 연통 부분(13)은 상기 압력 발생 챔버(12)에 각각 제공된 각각의 잉크 공급 경로(14)를 통하여 압력 발생 챔버(12)와 연통한다. 부가적으로, 상기 연통 부분(13)은, 후술하는 보호 기판의 저장소 부분과 연통하는 각각의 상기 압력 발생 챔버(12)용 공통 잉크 챔버인 저장소(100)의 일부분을 구성한다. 각각의 상기 잉크 공급 경로(14)는 상기 압력 발생 챔버(12)의 폭보다 좁은 폭으로 형성되므로, 상기 압력 발생 챔버(12)에 상기 연통 부분(13)으로부터 흐르는 잉크의 경로 저항을 일정하게 유지한다.
동시에, 노즐판(20)은, 접착제, 열 접착 필름 또는 그와 같은 것에 의해 사이에 삽입된 마스크 필름(52)을 가진 경로-형성 기판(10)의 천공면에 고정된다. 마스크 필름(52)은 나중에 설명할 것이다. 상기 노즐 판(20)에서, 노즐 오리피스(21) 구멍이 뚫린다. 상기 노즐 오리피스(21)는, 상기 잉크 공급 경로(14)에 반대되는 압력 발생 챔버(12)의 끝단 부근에서 상기 압력 발생 챔버(12)와 함께 각각 연통한다. 덧붙여 말하자면, 상기 노즐판(20)은, 예를 들면, 유리 세라믹, 단일 결정 실리콘 기판, 스테인리스강 또는 그와 유사한 것으로 형성된다.
다른 한편, 상술한 바와 같이, 상기 탄성력 있는 필름(50)은 상기 천공면에 반대되는 측에 있는 경로-형성 기판(10)의 다른 표면 위에 형성된다. 상기 탄성력 있는 필름(50)은, 예를 들면, 대략 1㎛의 두께를 가지고, 실리콘 이산화물로 만들어진다. 절연 필름(55)은 이 탄성력 있는 필름(50) 위에서 적층됨으로써 탄성력 있는 필름(50) 위에 형성된다. 상기 절연 필름(55)은, 대략 0.4㎛의 두께를 가지고, 지르코니아(ZrO2) 및 그와 유사한 것으로 만들어진다. 더욱이, 압전 요소(300)는 이러한 절연 필름(55) 위에 형성된다. 각각의 상기 압전 요소(300)는 하부 전극 필름(60), 압전층(70) 및 상부 전극 필름(80)으로 형성된다. 상기 하부 전극 필름(60), 압전층(70) 및 상부 전극(80)은, 예를 들면, 각각 대략 0.1 내지 0.2㎛, 대략 0.5 내지 5㎛ 및 대략 0.05㎛의 두께를 가진다.
일반적으로, 상기 압전 요소(300)는 후술하는 방법으로 형성된다. 상기 압전 요소(300)의 두 개의 전극 중 하나는 공통 전극으로 사용된다. 상기 다른 전극 및 상기 압전층(70)은 각각의 압력 발생 챔버(12) 안에서 패터닝(patterning)된다. 패턴닝된 압전층(70)으로 구성된 부분 및 상응하게 패터닝된 상기 두 개의 전극 중 하나에서, 압전 스트레인이 상기 두 개의 전극에서 전압의 적용 때문에 일어난다. 이러한 부분은 "압전 활동 부분"이라고 부른다. 본 실시예에서, 상기 하부 전극 필름(60)은 상기 압전 요소(300)용 공통 전극으로서 사용되고, 그리고 상기 상부 전극 필름(80)은 상기 압전 요소(300)의 개별 전극으로서 사용된다. 그러나, 그 사용이 반대로 드라이브 회로의 편의 및 와이어링(wiring)을 위해 변형되어도 무방하다. 두 경우 모두, 상기 압전 활동 부분은 각각의 압전 발생 챔버(12) 내에서 개별적으로 형성된다.
게다가, 납 전극(90)은 이러한 압전 요소들의 각 상부 전극 필름(80)에 연결된다. 상기 납 전극(90)은, 예를 들면, 금(Au) 및 그와 유사한 것으로 만들어진다. 전압은 선택적으로 상기 납 전극(90)을 통하여 각각의 상기 압전 요소(300)에 적용된다.
부가적으로, 상기 압전 요소(300)를 구성하는, 각 하부 전극 필름(60) 및 상부 전극 필름(80)은 상대적으로 높은 전기 유전율을 가진 각각의 금속성의 재료로 만든다. 상기 금속성의 재료는, 예를 들면, 플래티늄(Pt), 이리듐(Ir) 및 그와 유사한 것이다. 게다가, 상기 압전층(70)은 적어도 납(Pb), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 압전 재료로 만들어진다. 본 실시예에서, 예를 들면, 상기 압전 층(70)은 납 지르콘산염 티탄산염(PZT)으로 만들어진다. 부가적으로, 이러한 압전층(70)은, 그것의 비투전율이 750 내지 1500이고 그 고압적인 전기장이 Ec=10 내지 40kV/cm(2Ec=20 내지 80kV/cm)인 특징을 가진다. 주의할 것은, 상기 압전층(70)의 고압적인 전기장(Ec)은, 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 압전층의 자기 이력(履歷) 현상 루프(loop)의 2Ec의 사용으로 얻어진 값이다.
이러한 특성을 가진 상기 압전층(70)에 관련하여, 그것의 압전 상수는 우수한 높은 등급에 이른다. 특히, 상기 압전 상수(d31)은 150 내지 250(pC/N)이다. 따라서, 상기 압전 요소(300)의 변위 특성은 개선된다. 부가적으로, 이러한 특성을 가진 압전층(70)은 결정도에서 우수하고 내전압과 같은 그 특성이 현저하게 개선된다. 따라서, 만약 상기 압전 요소(300)의 변위 특성이 개선되면, 그 내구 수명도 같이 현저하게 개선된다. 게다가, 상기 압전 요소(300)를 구성하는 압전층(70)의 특성 사이에서 변형이 거의 없기 때문에, 각각의 노즐 오리피스(21)로부터 잉크 방울을 분사하는 특성이 균일하게 된다.
더욱이, 상기 압전층(70)은 바람직하게 Ec=20 내지 30kV/cm(2Ec=40 내지 60kV/cm)의 고압적인 전기장 및 Pr=10 내지 15μC/cm2(2Pr=2 내지 30μC/cm2)의 잔여 극성 밀도를 가진다. 주의할 것은, 상기 잔여 극성 밀도는, 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압전층의 자기 이력 형상 루프의 2Pr의 사용에 의해 얻어진 값이다.
게다가, 상기 압전층(70)은 그 구성비가 Pb/(Zr+Ti)=1.05 내지 1.5이고 Zr/Ti=53/47 내지 75/25인 상태를 만나는 것이 바람직하다. 더욱이, 상기 압전층(70)은 바람직하게 페로브스카이트(perovskite) 구조를 가진다.
상기 압전층(70)은 본 실시예에서 납 지르콘산염 티탄산염(PZT)으로 형성된다. 그러나 상기 압전층(70)을 형성하는 압전 재료가 적어도 납(Pb), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 것을 만족하면 충분하다. 예를 들면, 바람직하게 납 지르콘산염 티탄산염(PZT), 또는 그와 유사한 것에 니오븀 산화물, 니켈 산화물 또는 마그네슘 산화물과 같은 금속성의 산화물을 첨가하는 것에 의해 얻어진 압전 재료가 사용된다.
게다가, 보호판(30)은 이러한 압전 요소(300)가 형성되는 곳의 상기 경로-형성 기판(10)의 상부에 연결된다. 즉, 상기 보호판(30)은 접착제 또는 그와 유사한 것에 의해 하부 전극 필름(60), 탄성력 있는 필름(50) 및 가진 납 전극(90)의 상부에 연결된다. 상기 보호판(30)은 압전 요소(300)가 방해 없이 움직이기에 충분히 큰 공동을 가진 압전 요소 고정 부분(31)이 제공된다. 상기 압전 요소 고정 부분(31)은 상기 압전 요소(300)와 반대되는 영역에 제공된다. 만약 상기 압전 요소 고정 부분(31)이, 방해 없이 압전 요소(300)가 움직이기에 충분히 큰 공동을 가진다면 만족한다는 것을 주의해야 한다. 상기 공동은 밀봉되어 있거나 아니거나 상관없다. 덧붙여, 상기 보호판(30)은 상기 연통 부분(13)과 반대되는 영역에서 저장소 부분이 제공된다. 상술한 바와 같이, 이 저장소 부분(32)은 상기 경로-형성 기판(10)의 연통 부분과 연통하는 저장소(100)를 구성한다. 상기 저장소(100)는 압력 발생 챔버(12)용의 공통 잉크 챔버로서 기능한다. 더욱이, 관통 구멍(33)은 상기 압전 요소 고정 부분(31) 및 상기 보호판(30)의 저장소 부분(32) 사이 영역에서 제공된다. 상기 관통-구멍(33)은 그 두께 방향으로 상기 보호판(30)을 통하여 관통한 다. 상기 관통-구멍(33)에서, 하부 전극 필름(60)의 일부 및 각각의 납 전극(90)의 끝 부분이 드러난다. 도시되어 있지는 않지만, 구동 IC로부터 연장된 연결 와이어의 끝단은 하부 전극 필름(60) 및 각각의 납 전극(90)에 연결된다.
상기 경로-형성 기판(10)의 열 팽창 계수와 거의 같은 열 팽창 계수를 가진 재료가 상기 보호판(30)에 사용되는 것이 바람직하다. 상기 재료의 예들은 유리, 세라믹 재료 및 그와 유사한 것을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 보호판(30)은 상기 경로-형성 기판(10)과 같은 재료인 단일 결정 실리콘 기판을 사용하여 형성된다.
밀봉 필름(41) 및 고정 판(42)으로 형성된 컴플라이언스 판(40)은 상기 보호판(30)의 상부에 연결된다. 이와 관련하여, 상기 밀봉 필름(41)은 낮은 강도를 가진 신축성 있는 재료로 만들어진다(예를 들면, 6㎛의 두께를 가진 폴리페닐렌 황화물(polyphenylen sulfide(PPS))). 상기 저장소 부분(32)의 일단은 이러한 밀봉 필름(41)에 의해 밀봉된다. 덧붙여, 상기 고정판(42)은 금속(예를 들면, 스테인리스강(SUS) 또는 30㎛의 두께를 가진 그와 같은 것)과 같은 딱딱한 재료로 형성된다. 상기 저장소(100)와 반대되는 영역인 이 고정판(42) 영역은 두께 방향으로 고정판(42)으로부터 상기 영역에 상응한 부분을 완벽하게 제거함으로써 얻어지는 개방 부분(43)이다. 따라서, 상기 저장소(100)의 일단은 오직 신축성 있는 상기 밀봉 필름(41)에 의해서만 봉쇄된다.
본 실시예에 따른 이러한 잉크젯 기록 헤드는, 도시하지 않은 외부 잉크 공급 수단으로부터 잉크를 도입하고, 노즐 오리피스(21)를 통하여 잉크를 저장 소(100)로부터 내부 구역을 채운다. 그 후, 상기 잉크젯 기록 헤드는, 상기 드라이브 회로의 신호에 따라, 상기 하부 전극 필름(60)과 상기 압력 발생 챔버(12)에 상응하는 각각의 상부 전극 필름(80) 사이에 전압을 인가한다. 그러므로, 상기 잉크젯 기록 헤드는, 상기 탄성력 있는 필름(50), 하부 전극 필름(60) 및 압전층(70)을 굴곡(flexure)이 가게 변형시킨다. 이러한 변형은 상기 압력 발생 챔버(12)의 각각에 상기 압력을 발생하고, 그것에 의해 잉크 방울이 상기 노즐 오리피스(21)로부터 분사된다.
이와 관련하여, 상기 잉크젯 기록 헤드를 제조하는 방법은 도 4a 내지 7c를참고하여 서술할 것이다. 주의할 것은, 도 4a 내지 7c는 상기 압력 발생 챔버(12)의 길이 방향 단면도이다. 먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 실리콘 이산화물 필름(51)은 후술하는 방법으로 형성된다. 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼는 대략 1100℃에서 발산 용광로에서 열적으로 산화된다. 그것에 의해, 상기 탄성력 있는 필름(50)을 구성하는, 상기 실리콘 이산화물 필름(51)은 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼의 표면에 형성된다. 본 발명에서 주의할 것은, 각각 625㎛의 큰 두께와 높은 강성을 가진 실리콘 웨이퍼는 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼로서 사용된다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 지르코니아로 만들어진 절연 필름(55)은 상기 탄성력 있는 필름(50)(실리콘 이산화물 필름(51))에 형성된다. 특히, 지르코늄(Zr) 층은, 예를 들면, 스퍼터링(sperttering) 방법 또는 그와 유사한 방법에 의해 상기 탄성력 있는 필름(50)(실리콘 이산화물 필름(51))에 형성된다. 그 후, 상기 지르코늄 층은, 예를 들면, 대략 500 내지 1200℃로 발산 용광로 내에서 열적 으로 산화된다. 다음으로, 플래티늄(Pt), 이리듐(Ir) 또는 그와 유사한 것으로 형성된 상기 하부 전극 필름(60)은, 예를 들면, 상기 절연 필름(55) 위에 형성된다. 그 후, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 하부 전극 필름(60)은 소정의 형상으로 패턴된다.
다음으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 소정의 두께를 가진 시드(seed) 티타늄 층은, 예를 들면, 스퍼터링 방법 또는 그와 유사한 방법에 사용으로, 티타늄(Ti) 코팅함으로써 상기 하부 전극 필름(60) 및 절연 필름(55) 위에 형성된다. 다음으로, 상기 압전층(70)은 상기 시드 티타늄 층(65)에 형성된다. 상기 압전층(70)은 본 실시예에서 납 지르콘산염 티탄산염으로 만들어진다. 이와 관련하여, 상기 압전층(70)은 본 실시예에서 졸-겔(sol-gel) 방법이라고 불리는 것에 의해 형성된다. 상기 졸-겔 방법에 따라, 졸이라고 불리는 것은 촉매작용으로 금속 유기 물질을 용해하고 분산하는 것에 의해 얻어지는 것이다. 이 졸은 겔로 전환되기 위해 코팅되고 건조된다. 그런 다음, 상기 겔은 더 높은 온도에서 굽혀진다. 그것에 의해, 금속-산화 물질로 만들어진 압전층(70)이 얻어진다. 게다가, 상기 압전층(70)을 제조하는 방법은 상기 졸-겔 방법으로 한정되지 않는다. 예를 들면, MOD(Metal-Organic Decomposition) 방법 또는 그와 유사한 것이 사용되어도 좋다.
상기 압전층(70)을 형성하기 위한 절차 예는 후술하는 바와 같다. 도 5a에 도시된 바와 같이, PZT 전조 필름인 압전 전조 필름(71)은 상기 시드 티타늄 층(65)에 형성된다. 즉, 금속 유기 복합물을 포함하는 상기 졸(액체 상태)은 상기 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼의 상부에 코팅된다. 다음으로, 상기 압전 전조 필 름(71)은 소정의 온도에서 가열되고, 일정한 기간 동안 건조된다. 상기 압전 전조 필름(71)은 졸의 용매를 증발시키는 방법에 의해 건조된다. 더욱이, 상기 압전 전조 필름(71)은 소정의 온도에서 소정의 기간 동안의 환경에서 탈그리스(grease)화된다. 부가적으로, 이와 관련하여 언급되고 있는 상기 탈그리스화는 졸로부터 만들어진 필름의 유기 복합물들이, 예를 들면, NO2, CO2, H2O 및 그와 유사한 것이 제거되는 것을 의미한다.
다음으로, 상기 코팅, 건조 및 탈그리스화 단계는 소정의 시간 동안 실행되고, 예를 들면, 두 번씩 실행된다. 따라서, 압전 필름(72)은 후술하는 방법으로 도 5b에 도시된 바와 같이 형성된다. 소정의 두께를 가진 상기 압전 전조 필름이 각각 형성된다. 다음으로, 상기 압전 전조 필름(71)은 결정화되기 위해 발산 용광로 내에서 열 공정을 겪게 된다. 그런 다음, 상기 압전 필름(72)이 형성된다. 즉, 상기 압전 전조 필름(71)은, 시드(seed)으로서 상기 시드 티타늄 층(65)과 함께 결정이 성장하도록 소결된다. 이와 관련하여, 소결 온도는 바람직하게 650 내지 850℃이다. 예를 들면, 상기 압전 전조 필름(71)은 상기 압전 필름(72)을 형성하기 위한 700℃에서 반 시간 동안 소결된다. 이와 같이 형성된, 상기 압전 필름(72)의 결정들을 바람직하게 (100) 평면의 방향으로 형성된다는 것을 주목해야 한다.
더욱이, 상기 코팅, 건조, 탈그리스화, 및 소결 단계는 일정한 두께를 가진 상기 압전층(70)을 형성하기 위해 여러 번 반복적으로 수행된다. 상기 압전층(70)은, 예를 들면, 도 5c에 도시된 바와 같이 5개의 압전 필름(72)으로 형성된다. 주 의할 것은, 여러 번 동안 소결을 실행함으로써 상기 압전층(70)을 형성하는 경우, 총 소결(가열) 시간은 반 시간 내지 3시간보다 많지 않은 것이 바람직하다.
따라서, 이러한 방법으로 상기 압전층(70)을 형성함으로써, 750 내지 1500의 비투전율 및 10 내지 40kV/cm의 고압적인 전기장(Ec)을 포함하는 바람직한 특성을 가진 압전층을 안정되게 형성할 수 있다. 상기 압전층이 본 실시예의 상태 하에서 형성되는 경우 주의할 것은, 상기 압전층(70)의 고압적인 전기장(Ec) 및 잔여 극성 밀도(Pr)가 각각 대략 20 내지 30(kV/cm) 및 대략 10 내지 15(μC/cm2)이다.
상기 압전층(70)이 이러한 방법으로 형성된 후, 상부 전극 필름(80)이 도 6a에 도시된 바와 같이 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼의 상부에 전체적으로 형성된다. 상기 상부 전극 필름(80)은, 예를 들면, 이리듐으로 만들어진다. 다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 압전 요소는, 압력 발생 챔버(12)에 반대되는 영역의 각각에 상기 압전층(70) 및 상부 전극 필름(80)을 패터닝함으로써 형성된다.
이와 관련하여, 압전층의 복수의 샘플은 상술한 조건 하에서 준비되었다. 도 8은 상기 샘플의 잔여 극성 밀도(2Pr) 및 고압적인 전기장(2Ec)을 측정한 결과를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 샘플 압전층의 각각에, 상기 잔여 극성 밀도(2Pr)는 20 내지 30(μC/cm2) 및 상기 고압적인 전기장(2Ec)이 40 내지 60(kV/cm)인 것을 알 수 있다.
게다가, 이러한 압전층(70)은 상술한 바와 같이 150 내지 250(pC/N)로 높은 압전 상수(d31)를 가지고, 그것에 의해 상기 압전 요소(300)의 변위 특성이 현저하 게 개선된다. 게다가, 상기 압전층(70)은 결정도에서 또한 우수하므로, 예를 들면, 내전압과 같은 특성도 또한 현저하게 개선된다.
상기 압전 요소(300)가 형성된 후에 주의할 것은, 상기 압전 요소(300)의 각각으로부터 끄집어 나온 납 전극(90)이 형성된다. 특히, 상기 납 전극(90)은 후술한 방법으로 도 6c에 도시된 바와 같이 형성된다. 첫 번째로, 금속층(91)은 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼의 전체 상부 표면이 형성된다. 상기 금속층(91)은, 예를 들면, 금(Au) 및 그와 유사한 것으로 만들어진다. 그 후, 상기 납 전극(90)은, 예를 들면, 저항제 또는 그와 유사한 것으로 만들어진 마스크 패턴(도시 생략)의 사용으로 상기 압전 요소(300)의 각각에 금속 층(91)을 패터닝함으로써 형성된다.
다음으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 보호판용 웨이퍼는 압전 요소(300)가 형성된 측에 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼의 상부에 연결된다. 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼이고 복수의 보호판(30)으로 되는 것이다. 보호판(30)용 웨이퍼는, 예를 들면, 대략 400㎛의 두께를 가진다. 따라서, 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼의 강성이 보호판(30)용 웨이퍼를 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼에 연결함에 의해 현저하게 증가된다.
다음으로, 도 7a에 도시된 바와 같이, 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼는 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼를 폴리싱(polishing)하고, 플루오르 질산(fluoro-nitric acid)을 가진 웨트 에칭(wet-etching)함으로써 소정의 두께를 가지도록 된다. 본 실시예에서, 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼는, 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼가 예를 들면, 대략 70㎛의 두께를 가지도록 엣칭 공정을 겪는다. 다음으로, 도 7b에 도 시된 바와 같이, 마스크 필름(52)은 상기 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼의 바닥 표면에 새롭게 형성되고 소정의 형상으로 패턴된다. 상기 마스크 필름(52)은, 예를 들면, 질화규소(SiN)로 만들어진다. 그 후, 이방성을 가지게 상기 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼를 에칭함으로써, 상기 압력-발생 챔버(12), 연통 부분(13), 잉크 공급 경로(14) 및 그와 유사한 것은, 도 7c에 도시된 바와 같이, 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼에 형성된다.
그 후, 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼 및 보호판(30)용 웨이퍼 중 둘레 부분의 불필요한 부분은 다이싱(dicing) 또는 그와 유사한 방법에 의해 잘려서 제거된다. 다음으로, 상기 노즐판(20)은 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼의 표면에 연결되고, 상기 표면은 상기 보호판(130)의 웨이퍼가 연결되어 있는 표면의 반대 표면이다. 상기 노즐 오리피스(21)는 노즐판(20)에 구멍이 뚫어진다. 동시에, 컴플라이언스 판(40)은 보호판(30)용 웨이퍼에 연결된다. 그 후, 경로-형성 기판(110)용 웨이퍼 및 그와 유사한 것은 도 1에 도시된 바와 같이 칩 크기로 각각 상기 경로-형성 기판(110) 및 그와 유사한 것으로 나눠진다. 그것에 의해, 본 실시예의 잉크젯 기록 헤드가 형성된다.
본 발명에 따라, 상술한 바와 같이, 상기 압전층은 압전 요소를 형성하고 750 내지 1500의 비투전율 및 10 내지 40kV/cm의 고압적인 전기장을 가지도록 형성된다. 이것은 상기 압전층(70)의 압전 상수(d31)를 증가시킨다. 따라서, 상기 압전 요소(300)의 변위 특성이 개선된다. 더욱이, 상기 압전층(70)의 결정도가 개선되기 때문에, 예를 들면, 내전압과 같은 특성도 현저하게 개선된다. 따라서, 상기 압전 요소(300)의 변위 특성이 개선되고, 그 내구 수명도 또한 현저하게 개선된다.
이와 관련하여, 상술한 조건 하의 압전 요소의 샘플은, 소정의 드라이브 펄스가 연속적으로 300억 번 동안 상기 샘플에 인가되는 내구성 테스트를 견딘다. 도 9은 상기 압전 요소의 변위량 및 그 변위에서의 감소를 시험한 결과를 나타낸다. 부가적으로, 상기 샘플 압전 요소에 대하여, 압전층, 하부 전극 필름 및 상부 전극 필름은 각각 1.5㎛, 200nm 및 50nm의 두께를 가진다. 게다가, 내구성 테스트에 적용된 상기 드라이브 펄스는 50V의 전압 및 100kHz의 주파수의 sin파장이었다. 변위 측정 동안 적용된 드라이브 펄스는 30V의 전압 및 800Hz의 주파수의 사다리꼴 파장이었다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 압전 요소와 관련하여, 그것의 변위량은 내(耐)펄스 수의 증가에 따라 감소되었다. 즉, 변위 감소의 비율이 증가되었다. 그러나, 상기 드라이브 펄스가 300억 번 적용되었어도, 변위 감소 비율이 13.3%의 현저하게 낮은 비율로 유지되었다. 상기 결과로부터 명확하듯이, 상기 압전 요소(압전층)의 내구 수명은 본 발명에 따라 현저하게 개선되었다.
(다른 실시예)
본 발명의 제 1 실시예는 상술하고 있다. 그러나, 잉크젯 기록 헤드의 기본적인 형태는 상술한 것에 한정되지 않는다. 상술한 제 1 실시예에서, 예를 들면, 상기 압전층이 졸-겔 방법을 사용함으로써 형성된다. 그러나, 상기 압전층은 스퍼터링 방법, CVD 방법 또는 그와 유사한 방법에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우에, 압전 전조 필름이 650 내지 750℃에서 소결된다. 그 후, 포스트-애널링(post-annealing)이 반 시간 내지 3시간 동안 압전 전조 필름 위에서 이행된다. 그것에 의해, 상기 제 1 실시예의 그것과 유사한 특성을 가진 압전 필름이 형성될 수 있다. 더욱이, 압전층을 구성하는 복수의 압전 필름 사이에, 상기 하부 필름이 스퍼터링 또는 CVD 방법에 의해 형성될 수도 있고 졸-겔 방법, MOD 방법 또는 그와 유사한 방법에 의해 형성될 수도 있다.
덧붙여서, 각각의 그 실시예에 따른 상기 잉크젯 기록 헤드는 잉크 카트리지 및 그와 유사한 것에 연통하는 잉크 경로가 제공된 기록 헤드 유니트의 일부분을 구성하고, 잉크젯 기록 장치 내에 설치된다. 도 10은 상기 잉크젯 기록 장치의 예를 나타내는 대략적인 형태의 다이어그램이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 각각 잉크젯 기록 헤드를 포함하는 기록 헤드 유니트 1A 및 1B는 잉크 공급 수단을 구성하는 카트리지 2A 및 2B에 분리가능하게 제공된다. 상기 기록 헤드 유니트 1A 및 1B가 장착되는 수송대(3)는 축이 연장하는 방향에서 수송대(3)가 자유롭게 움직일 수 있는 방법으로, 장치 본체에 고정된 수송대 축(5)에 제공된다. 이러한 기록 헤드 유니트 1A 및 1B는, 예를 들면, 검은 잉크 성분 및 컬러 잉크 성분을 각각 분사하도록 할당된다
게다가, 드라이브 모터(6)로부터의 구동력은, 도시하지 않은 복수의 기어 및 타이밍 벨트(7)를 통하여 상기 수송대(3)에 전달된다. 그것에 의해, 상기 기록 헤드 유니트 1A 및 1B가 장착하는 상기 수송대(3)는 상기 수송대 축(5)에 따라 움직이게 된다. 한편, 상기 장치 본체(4)에는 수송대 축(5)에 따라 플래튼(platen)(8) 이 제공된다. 종이 시트와 같은 기록 매체이고, 도시하지 않은 공급 롤러 및 그와 유사한 것에 의해 공급되고 있는 기록 시트(S)는 상기 플래튼(8) 위에서 전달되도록 설계된다.
주의할 것은 본 발명은, 제 1 실시예가 액체 분사 헤드의 예로서 상술한 잉크젯 기록 헤드를 들고 있을지라도, 액체 분사 헤드의 전 영역에 넓게 적용될 수 있다. 본 발명이 잉크 외 다른 액체를 분사하는 어떤 액체 분사 헤드에 적용될 수 있는 것은 언급하지 않는다. 잉크 이외의 다른 액체를 분사하는 액체 분사 헤드의 예는 프린터와 같은 이미지 기록 장치용으로 사용되는 다양한 기록 헤드; 액체 결정 디스플레이 장치 및 그와 유사한 것의 컬러 필터를 제조하는 데에 사용되는 컬러-재료-제트; 오리지날 EL 디스플레이 장치, FED(Field Emission Display)장치 및 그와 유사한 것의 전극을 형성하는 데에 사용되는 전극-재료-제트; 바이오-칩을 제조하는 데에 사용되는 바이오-유기물-기판-제트 헤드; 및 그와 유사한 것을 포함한다. 더욱이, 본 발명이 액체 분사 헤드용으로 사용되는 압전 요소뿐만 아니라 마이크로폰(microphone), 발음체(sounding body), 여러 가지 진동기, 호출장치 또는 그와 유사한 것과 같은 다른 다양한 장치에 설치된 압전 요소에도 적용될 수 있는 것을 말할 필요도 없다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 변위 특성에서 우수하고, 높은 내전압 및 긴 내구 수명을 가진 압전 요소를 제공할 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- 압전 요소는:기판의 한 쪽 표면에 제공되는 하부 전극;납(Pb), 지르코늄(Zr) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 압전 재료로 만들어지고, 상기 하부 전극 위쪽에 제공되는 압전층; 및상기 압전층 위쪽에 제공되는 상부 전극을 포함하고,상기 압전층의 비투전율이 750 내지 1500이고, 상기 압전층의 고압적인 전기장이 10 내지 40kV/cm인 압전 요소.
- 제 1항에 있어서,상기 압전층의 고압적인 전기장이 20 내지 30kV/cm이고 상기 압전층의 잔여 극성 밀도가 10 내지 15μC/cm2인 압전 요소.
- 제 1항에 있어서,상기 압전층의 필름 두께는 0.5 내지 5㎛인 압전 요소.
- 제 1항에 있어서,상기 압전층의 구성비가 Pb/(Zr+Ti)=1.05 내지1.5이고 Zr/Ti=53/47 내지 75/25인 압전 요소.
- 제 1항에 있어서,상기 압전 재료가 납 지르콘산염 티탄산염(lead zirconate titanate)인 압전 요소.
- 액체 분사 헤드는:제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나에 따른 압전 요소; 및상기 압전 요소가 사이에 진동판을 삽입하여 경로-형성 기판의 한쪽 표면에 제공되고, 잉크 방울을 분사하기 위한 노즐 오리피스와 연통하는 압력 발생 챔버가 제공된 경로-형성 기판을 포함하는 액체 분사 헤드.
- 액체 분사 장치는:제 6항에 따른 액체 분사 헤드를 포함하는 액체 분사 장치.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005097326 | 2005-03-30 | ||
| JPJP-P-2005-00097326 | 2005-03-30 | ||
| JPJP-P-2005-00347961 | 2005-12-01 | ||
| JP2005347961A JP2006310746A (ja) | 2005-03-30 | 2005-12-01 | 圧電素子並びに圧電素子を用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060105567A true KR20060105567A (ko) | 2006-10-11 |
Family
ID=36600140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20060028853A KR20060105567A (ko) | 2005-03-30 | 2006-03-30 | 압전 요소, 압전 요소를 이용한 액체 분사 헤드 및 액체분사 장치 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7514854B2 (ko) |
| EP (1) | EP1708288A3 (ko) |
| JP (1) | JP2006310746A (ko) |
| KR (1) | KR20060105567A (ko) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5243821B2 (ja) * | 2007-03-26 | 2013-07-24 | 富士フイルム株式会社 | 無機膜とその製造方法、圧電素子、及び液体吐出装置 |
| EP1997637B1 (en) | 2007-05-30 | 2012-09-12 | Océ-Technologies B.V. | Method of manufacturing a piezoelectric ink jet device |
| JP2010089470A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置 |
| KR20110014037A (ko) * | 2009-08-04 | 2011-02-10 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 헤드 |
| JP6341446B2 (ja) * | 2014-03-13 | 2018-06-13 | 株式会社リコー | 電気機械変換素子の製造方法、電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5384294A (en) * | 1993-11-30 | 1995-01-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Sol-gel derived lead oxide containing ceramics |
| JP3482101B2 (ja) | 1996-05-27 | 2003-12-22 | 日本碍子株式会社 | 圧電膜型素子 |
| DE69936075T2 (de) * | 1998-01-22 | 2007-09-13 | Seiko Epson Corp. | Piezoelektrisches Schichtelement und Tintenstrahldruckkopf, der dieses benutzt |
| JP3259677B2 (ja) | 1998-02-18 | 2002-02-25 | 株式会社村田製作所 | 圧電磁器組成物 |
| JP3259678B2 (ja) | 1998-02-18 | 2002-02-25 | 株式会社村田製作所 | 圧電磁器組成物 |
| JPH11278929A (ja) | 1998-03-30 | 1999-10-12 | Taiheiyo Cement Corp | 一体焼成型積層圧電アクチュエータ用磁器組成物 |
| JP2001284671A (ja) | 2000-03-29 | 2001-10-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置 |
| JP2003145761A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-05-21 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 |
| EP1426184A4 (en) * | 2001-09-11 | 2006-06-07 | Seiko Epson Corp | DRIVE PROCEDURE FOR LIQUID SEPARATOR HEAD AND LIQUID EJECTION DEVICE |
| KR100572916B1 (ko) * | 2002-02-19 | 2006-04-24 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 압전체 및 그 제조방법, 그리고 이 압전체를 구비한 압전소자, 잉크젯헤드 및 잉크젯방식 기록장치 |
| JP3772977B2 (ja) * | 2002-07-08 | 2006-05-10 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
| JP2004059369A (ja) | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Brother Ind Ltd | 圧電磁器組成物及びこれを用いたインクジェットヘッド用圧電アクチュエータ |
| JP2004066496A (ja) * | 2002-08-01 | 2004-03-04 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
| JP2004307320A (ja) | 2003-03-24 | 2004-11-04 | Kyocera Corp | 圧電磁器組成物およびその製造方法 |
| US7298018B2 (en) * | 2004-12-02 | 2007-11-20 | Agency For Science, Technology And Research | PLT/PZT ferroelectric structure |
-
2005
- 2005-12-01 JP JP2005347961A patent/JP2006310746A/ja active Pending
-
2006
- 2006-03-29 US US11/391,331 patent/US7514854B2/en active Active
- 2006-03-30 EP EP20060006721 patent/EP1708288A3/en not_active Withdrawn
- 2006-03-30 KR KR20060028853A patent/KR20060105567A/ko not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006310746A (ja) | 2006-11-09 |
| US20060261708A1 (en) | 2006-11-23 |
| EP1708288A3 (en) | 2010-12-08 |
| EP1708288A2 (en) | 2006-10-04 |
| US7514854B2 (en) | 2009-04-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7562968B2 (en) | Piezoelectric element, liquid-jet head and liquid-jet apparatus | |
| KR100741215B1 (ko) | 압전 요소, 액츄에이터 장치, 액체 분사 헤드 및 액체 분사장치 | |
| US7810915B2 (en) | Actuator device, liquid-jet head and liquid-jet apparatus | |
| JP5157157B2 (ja) | アクチュエータ装置及びその製造方法並びにその駆動方法、液体噴射ヘッド | |
| KR20080033099A (ko) | 액츄에이터 장치의 제조 방법, 액츄에이터 장치 및 액체분사 헤드 | |
| KR100835036B1 (ko) | 압전 요소, 그 제조 방법, 액체 분사 헤드, 그 제조 방법,및 액체 분사 장치 | |
| US8579417B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, actuator device, and manufacturing method of liquid ejecting head | |
| US8919933B2 (en) | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus using the same | |
| KR20060105567A (ko) | 압전 요소, 압전 요소를 이용한 액체 분사 헤드 및 액체분사 장치 | |
| JP4614068B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 | |
| US8262202B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus and piezoelectric element | |
| US7498724B2 (en) | Piezoelectric element, liquid-jet head and liquid-jet apparatus | |
| US20110205310A1 (en) | Piezoelectric device, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus | |
| CN112993145A (zh) | 压电致动器的制造方法 | |
| JP2009049433A (ja) | 圧電素子及びその製造方法、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 | |
| CN100461481C (zh) | 压电元件、使用压电元件的液体喷射头及液体喷射设备 | |
| JP5670017B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置 | |
| JP5256998B2 (ja) | アクチュエータ装置の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP2006205427A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2006021392A (ja) | アクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射装置 | |
| JP2007059817A (ja) | アクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2014061718A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ装置 | |
| JP2010214801A (ja) | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20070620 Effective date: 20080506 |