WO2004005032A1 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

液体吐出ヘッド Download PDF

Info

Publication number
WO2004005032A1
WO2004005032A1 PCT/JP2003/008667 JP0308667W WO2004005032A1 WO 2004005032 A1 WO2004005032 A1 WO 2004005032A1 JP 0308667 W JP0308667 W JP 0308667W WO 2004005032 A1 WO2004005032 A1 WO 2004005032A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure chamber
thin film
piezoelectric thin
piezoelectric
head
Prior art date
Application number
PCT/JP2003/008667
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Masami Murai
Original Assignee
Seiko Epson Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corporation filed Critical Seiko Epson Corporation
Priority to US10/491,827 priority Critical patent/US7708389B2/en
Priority to EP20030741277 priority patent/EP1464494A4/en
Publication of WO2004005032A1 publication Critical patent/WO2004005032A1/ja

Links

Classifications

    • 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
    • B41J2/14—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
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B41J2/1628—Manufacturing processes etching dry 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
    • B41J2/1631—Manufacturing processes photolithography
    • 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
    • B41J2/1645—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by spincoating
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a liquid discharge head, and more particularly to a liquid discharge head in which a piezoelectric element and a pressure chamber whose volume is increased or decreased by the piezoelectric element are formed.
  • the liquid discharge head discharges ink or other liquid in a pressure chamber using a driving element such as a piezoelectric element.
  • a driving element such as a piezoelectric element.
  • This piezoelectric element includes a piezoelectric film and upper and lower electrodes sandwiching the piezoelectric film. By applying a drive voltage to these electrodes, distortion occurs, the volume of the pressure chamber is changed, and the liquid in the cavity can be discharged.
  • a driving element such as a piezoelectric element.
  • a liquid ejection head in which the piezoelectric film is made thinner requires a voltage applied to the piezoelectric film to be reduced.
  • the diaphragm and the piezoelectric film may still be bent. It is presumed that one of the causes of the bending is that the influence of the internal stress generated in the vibration plate and the piezoelectric film becomes relatively large as the film becomes thinner. If such a flexure occurs in the diaphragm and the piezoelectric film, a sufficient amount of displacement cannot be obtained even when a drive voltage is applied. This problem may increase as the liquid discharge head becomes thinner and smaller, and a solution is desired for the future development of the liquid discharge head.
  • An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a liquid ejection head using a piezoelectric element capable of obtaining a sufficient displacement by applying a driving voltage. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a liquid discharger comprising: a substrate in which a pressure chamber is formed; a diaphragm formed on the substrate; and a piezoelectric thin film element formed on the diaphragm.
  • the diaphragm is bent so as to protrude toward the pressure chamber, and the amount of deflection of the diaphragm is 0.4% or less of the width of the pressure chamber.
  • the piezoelectric thin film element includes a piezoelectric thin film made of PZT having a 100-plane orientation degree of 70% or more.
  • the piezoelectric thin-film element In head to the liquid discharge, the piezoelectric thin-film element, it is desirable with a piezoelectric thin film made of a multi-component PZT containing at least P b (Z n 1/3 Nb 2/3 ) 0 3.
  • the pressure chamber forming portion of the vibration plate may be formed thinner than other portions.
  • the piezoelectric thin film element includes a piezoelectric thin film having a thickness of 0.5 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less.
  • a liquid ejecting apparatus configured to be capable of ejecting ink using the above liquid ejecting head.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating the structure of a printer using a liquid ejection head according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a structure of a main part of an ink jet recording head which is a liquid ejection head according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view (a) of the piezoelectric element portion of the ink jet recording head, a sectional view taken along the line i-i (b), and a sectional view taken along the line ii-ii (c).
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion surrounded by a circle iii in FIG. 3C.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing an ink jet recording head which is a liquid ejection head of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing an ink jet recording head which is a liquid ejection head of the present invention.
  • reference numeral 20 denotes a pressure chamber substrate
  • 30 denotes a vibration plate
  • 31 denotes a first oxide film
  • 32 denotes a second oxide film
  • 40 denotes a piezoelectric thin film element
  • 42 denotes a lower electrode
  • 43 denotes a piezoelectric thin film
  • 4 is the upper electrode
  • S is the flexure
  • W is the cavity width.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating the structure of a printer as an example of a liquid ejection apparatus using the liquid ejection head of the present embodiment.
  • a tray 3, a discharge port 4, and operation buttons 9 are provided on a main body 2.
  • an ink jet recording head 1, a paper feed mechanism 6, and a control circuit 8 are provided inside the main body 2.
  • Inkjet recording head 1, which is a liquid ejection head, has multiple piezoelectric elements formed on the substrate, and can eject ink from nozzles in response to ejection signals supplied from control circuit 8. Is configured.
  • the main body 2 is the printer housing.
  • the paper feed mechanism 6 is arranged at a position where the paper 5 can be supplied from the tray 3, and the ink jet recording head 1 is arranged so that the paper 5 can be printed. I have.
  • the tray 3 is configured to be able to supply the paper 5 before printing to the paper feed mechanism 6, and the outlet 4 is an outlet for discharging the paper 5 on which printing has been completed.
  • the paper feeding mechanism 6 includes a motor 600, rollers 61, 602, and other mechanical structures (not shown).
  • the motor 600 is rotatable in response to the drive signal supplied from the control circuit 8.
  • the mechanical structure is configured so that the rotational force of the motor 600 can be transmitted to the rollers 61.
  • Rollers 600 and 602 are motors
  • the paper 5 rotates so that the paper 5 placed on the tray 3 is drawn by the rotation and supplied by the head 1 so as to be printable.
  • the control circuit 8 includes a CPU, ROM, RAM, and an interface circuit (not shown), and supplies a drive signal to the paper feed mechanism 6 in accordance with print information supplied from a computer via a connector (not shown). Or an ejection signal can be supplied to the ink jet recording head 1.
  • the control circuit 8 can set an operation mode, perform a reset process, and the like in accordance with an operation signal from the operation panel 9.
  • the printer according to the present embodiment has a liquid ejection head capable of obtaining a sufficient displacement described later, and thus has a high performance.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a structure of a main part of an ink jet recording head which is a liquid ejection head according to an embodiment of the present invention.
  • the ink jet type recording head is provided with a nozzle plate 10, a pressure chamber substrate 20, and a vibration plate 30.
  • the pressure chamber substrate 20 includes a pressure chamber (cavity) 21, side walls 22, a reservoir 23, and a supply port 24.
  • the pressure chamber 21 is formed as a space for storing ink or the like by etching a substrate such as silicon.
  • the side wall 22 is formed so as to partition the pressure chamber 21.
  • the reservoir 23 is a flow path for supplying ink to each of the pressure chambers 21 in common.
  • the supply port 24 is formed so that ink can be introduced from the reservoir 23 to each of the pressure chambers 21.
  • the nozzle plate 10 is bonded to one surface of the pressure chamber substrate 20 so that the nozzle 11 is arranged at a position corresponding to each of the pressure chambers 21 provided in the pressure chamber substrate 20. ing.
  • the vibration plate 30 is formed by laminating a first oxide film 31 and a second oxide film 32 as described later, and is formed on the other surface of the pressure chamber substrate 20.
  • the diaphragm 30 is provided with an ink tank connection port (not shown) so that the ink stored in the ink tank can be supplied to the reservoir 23 of the pressure chamber substrate 20.
  • the head unit including the nozzle plate 10, the vibration plate 30, and the pressure chamber substrate 20 is housed and fixed in a housing 25 to form an ink jet recording head 1. ⁇ 3. Configuration of piezoelectric element>
  • FIG. 3 is an enlarged plan view (a) of the piezoelectric element portion of the above-mentioned ink jet recording head, a sectional view taken along the line i-i (b) and a sectional view taken along the line i i _ii (c).
  • the piezoelectric element 40 is configured by sequentially laminating a second oxide film 32, a lower electrode 42, a piezoelectric thin film 43, and an upper electrode 44 on a first oxide film 31. Have been You.
  • the first oxide film 31 is formed as an insulating film on the pressure chamber substrate 20 made of, for example, single-crystal silicon having a thickness of 100 im. Preferably, obtained by forming a film of an oxide Kei element (S i 0 2) to a thickness of 1. 0 mu m.
  • the second oxide film 32 is a layer having elasticity, and forms the diaphragm 30 integrally with the first oxide film 31. Since the second oxide film 32 has a function of giving elasticity to the diaphragm, it is preferably obtained by forming a film made of zirconia (ZrO 2 ) to a thickness of 200 nm or more and 800 nm or less. For example, the thickness is set to 500 nm. Between the second oxide film 32 and the lower electrode 42, an adhesion layer (not shown) made of metal, preferably titanium or chromium, may be provided so as to adhere both layers. The adhesion layer is formed to improve the adhesion to the installation surface of the piezoelectric element, and may not be formed if the adhesion can be ensured. When an adhesion layer is provided, the thickness is preferably 10 nm or more.
  • the lower electrode 42 has a layer structure of at least a layer containing Ir, for example, a layer containing Ir from the bottom layer and a layer containing Ir / a layer containing Ir.
  • the overall thickness of the lower electrode 42 is, for example, 200 nm.
  • the layer structure of the lower electrode 42 is not limited to this, and may be a two-layer structure including a layer including Ir and a layer including Pt or a layer including Pt and including Ir. Further, it may be composed of only the layer containing Ir.
  • the piezoelectric thin film 43 is a ferroelectric composed of crystals of piezoelectric ceramics, and is preferably a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), or niobium oxide or nickel oxide. Alternatively, it is formed by adding a metal oxide such as magnesium oxide.
  • the composition of the piezoelectric thin film 43 is appropriately selected in consideration of the characteristics, use, and the like of the piezoelectric element. Specifically, lead titanate (P b T i 0 3) , lead zirconate titanate
  • the piezoelectric thin film 43 is a film having a degree of 100-plane orientation measured by the X-ray diffraction wide angle method of 70% or more, and particularly preferably 80% or more.
  • the degree of orientation of the 11-plane is 10% or less, and the degree of orientation of the 11-plane is the remainder.
  • the sum of the degree of orientation of the 100 plane, the degree of orientation of the 110 plane, and the degree of orientation of the 111 plane is 100%.
  • the thickness of the piezoelectric thin film 43 must be small enough not to cause cracks in the manufacturing process, while it must be large enough to exhibit sufficient displacement characteristics. preferable. For example, 1 / m.
  • the upper electrode 44 is an electrode paired with the lower electrode 42, and is preferably made of Pt or Ir. The thickness of the upper electrode 44 is preferably about 50 nm.
  • the lower electrode 42 is an electrode common to each piezoelectric element.
  • the lower electrode for wiring 42 a is located on the same level as the lower electrode 42, but is separated from the lower electrode 42 and other lower electrodes for wiring 42 a, and the narrow band electrode 45 is formed. It is possible to conduct to the upper electrode 44 through the upper electrode 44.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion surrounded by a circle iii in FIG. 3C.
  • FIG. 4 is closer to the film thickness ratio of the present embodiment than FIG. 3 (c), but particularly emphasizes the radius S of the diaphragm.
  • the cavity width W is the length of the short side of the surface of the pressure chamber 21 near the diaphragm.
  • the deflection S is the displacement of the diaphragm 30 when the voltage applied to the electrode of the piezoelectric element 40 is zero. If the displacement amount is different between immediately after manufacture and after a certain number of uses when the applied voltage is 0, it is desirable that the deflection S is small even after use.
  • FIG. 5 and 6 are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a piezoelectric element and an ink jet recording head according to the present invention.
  • First oxide film formation step (S 1) First oxide film formation step (S 1)
  • Step 2 is a silicon substrate serving as a pressure chamber substrate 2 0 and high-temperature treatment in oxidation atmosphere containing oxygen or water vapor, to form formed the first oxide layer 3 1 made of silicon oxide (S i 0 2) It is.
  • a CVD method can be used in addition to a commonly used thermal oxidation method.
  • the thermal oxidation method is used, compressive stress is easily generated in the first oxide film, and this is also presumed to be one of the causes of the bending S of the diaphragm.
  • This second oxide film 32 is obtained by subjecting a Zr layer formed by a sputtering method or a vacuum evaporation method to a high-temperature treatment in an oxygen atmosphere.
  • the lower electrode 42 is formed on the second oxide film 32.
  • a layer containing Ir is first formed, a layer containing Pt is formed, and a layer containing Ir is further formed.
  • Each layer constituting the lower electrode 42 is formed by depositing Ir or Pt on the second oxide film 32 by sputtering or the like.
  • an adhesion layer (not shown) made of titanium or chromium may be formed by a sputtering method or a vacuum evaporation method.
  • a tensile stress is likely to be generated in the lower electrode 42, and it is presumed that this is also one of the causes of the formation of the radius S in the vibration plate 30 and the piezoelectric element 40.
  • the lower electrode layer 42 is masked into a desired shape, and the periphery thereof is etched to perform patterning. Specifically, first, a resist material having a uniform thickness is applied on the lower electrode by a spinner method, a spray method, or the like (not shown), and then, a mask is formed in the shape of the piezoelectric element, and then the exposure is performed. After development, a resist pattern is formed on the lower electrode (not shown). The lower electrode is etched away by ion milling, dry etching, or the like generally used to expose the second oxide film 32.
  • cleaning by reverse sputtering is performed (not shown).
  • a Ti nucleus (layer) (not shown) is formed on the lower electrode 42 by a sputtering method or the like.
  • the Ti nucleus (layer) is formed by growing PZT with the Ti crystal as a nucleus, whereby crystal growth occurs from the lower electrode side, and a dense columnar crystal is obtained.
  • the thickness of the Ti nucleus (layer) it is possible to control the degree of orientation of the 100 plane of PZT, which is a piezoelectric thin film.
  • the average thickness of the Ti nucleus (layer) is, for example, 3 to 7 nm.
  • the piezoelectric thin film 43 is manufactured by, for example, a sol-gel method described below. First, a sol composed of an organic metal alkoxide solution is applied onto the Ti nucleus by an application method such as spin coating. Next, the mixture is dried at a fixed temperature for a fixed time to evaporate the solvent. After drying, degreasing is further performed at a predetermined high temperature in an air atmosphere for a certain period of time, and the organic ligand coordinated to the metal is thermally decomposed into a metal oxide. Each of the steps of coating, drying and degreasing is repeated a predetermined number of times, for example, twice, and a two-layer piezoelectric precursor film is laminated.
  • the metal alkoxide and acetate in the solution form a metal, oxygen and metal network through thermal decomposition of the ligand.
  • the piezoelectric precursor film After the formation of the piezoelectric precursor film, it is fired and crystallized to form a piezoelectric thin film.
  • the piezoelectric precursor film changed from an amorphous state to a rhombohedral crystal structure, and changed to a piezoelectric thin film exhibiting an electromechanical conversion effect.
  • X-ray diffraction was measured by a wide-angle method. The degree of plane orientation is 80%.
  • the piezoelectric thin film can have a desired thickness.
  • the thickness of the precursor film applied per firing is set to 200 nm, and this is repeated five times.
  • the layers formed by the second and subsequent firings are successively crystal-grown under the influence of the lower piezoelectric film, and the degree of orientation of the 100 plane becomes 80% over the entire piezoelectric thin film.
  • An upper electrode 44 is formed on the piezoelectric thin film 43 by an electron beam evaporation method or a sputtering method.
  • a strip electrode 45 for conducting the upper electrode 44 and the wiring lower electrode 42a is formed.
  • the material of the strip electrodes 45 is preferably gold having low rigidity and low electric resistance. Besides, aluminum, copper and the like are also suitable.
  • the narrow band electrode 45 is formed to a thickness of about 0.2 / im, and then patterned so that a conductive portion between each upper electrode and the lower electrode for wiring remains.
  • Pressure chamber forming process (S 9) Next, the other surface of the pressure chamber substrate 20 is subjected to anisotropic etching using an active gas such as anisotropic etching or a parallel plate type reactive ion etching to correspond to the location of the piezoelectric element 40.
  • a pressure chamber 21 is formed in the portion where the pressure is to be increased. The portion left without being etched becomes the side wall 22.
  • the pressure chamber substrate 20 Prior to the formation of the pressure chamber 21, the pressure chamber substrate 20 holds the first oxide film 31 and the piezoelectric thin film 43 flat against the internal stress generated in the film forming process. However, due to the removal of the pressure chamber substrate 20 by etching, bending S (initial bending) occurs in the removed portion of the vibration plate 30 and the piezoelectric element 40. Since the internal stress in the first oxide film 31 may be considered as one of the causes of the deflection S, the first oxide film 31 is etched to partially reduce the film thickness after the pressure chamber is formed, thereby reducing the internal thickness. It is conceivable to reduce the deflection S by reducing the stress.
  • the nozzle plate 10 is bonded to the pressure chamber substrate 20 after the etching with an adhesive.
  • the nozzles 11 are aligned so as to be arranged in the respective spaces of the pressure chambers 21.
  • the pressure chamber substrate 20 to which the nozzle plate 10 is bonded is attached to a housing (not shown) to complete the ink jet recording head 1.
  • the ink jet recording head of the above embodiment was manufactured by variously changing the degree of orientation of the 100 plane of PZT which is a piezoelectric thin film. By adjusting the thickness of the Ti nucleus formed on the lower electrode,? Two 100-plane orientations of 8%, 33% and 79% were obtained, respectively.
  • the cavity width W was set to 65 // m.
  • the deflection S (initial radius) of the diaphragm immediately after manufacture and the deflection S when the applied voltage is set to 0 after applying a 100 V trapezoidal wave of 100 million pulses are applied. (Radius after driving) was measured.
  • the degree of orientation of the 100 plane was 8%, the initial deflection S was 230 nm, and the deflection S after driving was 280 nm.
  • the degree of orientation of the 100 plane was 33%, the initial deflection S was 130 nm, and the deflection S after driving was 280 nm.
  • the degree of orientation of the 100 plane was 79%, the initial deflection S was 100 nm, and the deflection S after driving was 220 nm.
  • the degree of 100-plane orientation was 79%, it was found that the deflection S was within 0.4% of the cavity width W even after voltage application, and good results were obtained.
  • the radius S was measured using the piezoelectric thin film as a multi-component PZT. Specifically, 0. 47 P b Z r 0 3 -. 0. 43 P b T i O 3 -0 05 P b (N i 1/3 Nb 2/3) 0 3 - 0. 05 P b ( using head to Z r 1/3 N b 2/3) Inkujietsuto type recording of the zirconium niobate nickel niobate di Rukon titanate represented by O 3 and the piezoelectric thin film 43.
  • the cavity width W was set to 65 ⁇ m as in Example 1.
  • the initial radius S was 176 nm, the deflection S after driving was 187 nm, and both were less than 0.4% of the cavity width W.
  • the liquid discharge head includes a head that discharges a liquid containing a color material used for manufacturing a color filter for a liquid crystal display or the like, in addition to a head that discharges ink used in an inkjet recording apparatus.
  • a head that discharges ink used in an inkjet recording apparatus Used to form electrodes for organic EL displays and FEDs (surface emitting displays)! / Heads that discharge liquids containing electrode materials, heads that discharge liquids containing biological organic materials used in biochip manufacturing, etc. It can be applied to a head for ejecting various liquids.

Abstract

　駆動電圧の印加により十分な変位を得ることができる圧電体素子を用いた液体吐出ヘッドを提供する。圧力室２１が形成された基板２０と、基板上に形成された振動板３０と、振動板上に形成された圧電体薄膜素子４０と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記振動板が前記圧力室側に凸となるようにたわんでおり、前記振動板のたわみ量Ｓが、前記圧力室の幅Ｗの０．４％以下である。

Description

明細書 液体吐出へッド 技術分野
本発明は、 液体吐出ヘッドに係り、 特に、 圧電体素子とこれにより容積が増減 する圧力室とが形成された液体吐出へッドに関する。 背景技術
液体吐出ヘッドは、 圧電体素子などの駆動素子を用いて、 圧力室内のインクや 他の液体を吐出するものである。 この圧電体素子は、 圧電体膜及びこれを挟む上 下の電極を備えている。 これらの電極に駆動電圧を印加することによって歪みを 生じ、 圧力室の容積を変化させ、 キヤビティ内の液体を吐出することができる。 液体吐出ヘッドの小型化に伴い、 圧電体膜を始めとした各部分の薄膜化、 小型化 が要請されるようになっている。
しかし、 圧電体膜を薄膜化した液体吐出ヘッドは、 圧電体膜に印加する電圧を
0にしてもなお振動板及び圧電体膜に撓みが残ることがある。 かかる撓みは、 振 動板や圧電体膜に生じる内部応力の影響が、 薄膜化に伴って相対的に大きくなる ことが原因の 1つであると推測される。 振動板及び圧電体膜にこのような撓みが 生じていると、 駆動電圧を印加しても十分な変位量を得ることができない。 この 問題は液体吐出へッドの薄膜化、 小型化が進めば進むほど大きくなる可能性があ り、 今後の液体吐出へッドの発展のためにも解決が望まれる。
本発明は、 以上の問題を解決し駆動電圧の印加により十分な変位を得ることが できる圧電体素子を用いた液体吐出へッドを提供することを目的とする。 発明の開示
上記の課題を解決するため、 本発明は、 圧力室が形成された基板と、 基板上に 形成された振動板と、 振動板上に形成された圧電体薄膜素子と、 を備えた液体吐 出へッドにおいて、 前記振動板が前記圧力室側に凸となるようにたわんでおり、 前記振動板のたわみ量が、 前記圧力室の幅の 0. 4%以下であることを特徴とす る。
上記液体吐出へッドにおいて、 前記圧電体薄膜素子は、 100面配向度が 7 0%以上の P ZTからなる圧電体薄膜を備えることが望ましい。
上記液体吐出へッドにおいて、 前記圧電体薄膜素子は、 少なくとも P b (Z n 1/3Nb 2/3) 03を含む多成分系 P Z Tからなる圧電体薄膜を備えることが望 ましい。
上記液体吐出ヘッドにおいて、 前記振動板のうち、 前記圧力室形成部分を他の 部分より薄く形成してもよい。
上記液体吐出へッドにおいて、 前記圧電体薄膜素子は、 膜厚 0. 5 μ m以上 2. 0 μ m以下の圧電体薄膜を備えることが望ましい。
本発明の液体吐出装置は、 上記の液体吐出へッドによりインクを吐出可能に構 成されたことを特徴とする。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施形態による液体吐出へッドが使用されるプリンタの構 造を説明する斜視図である。
図 2は、 本発明の一実施形態による液体吐出へッドであるインクジェット式記 録へッドの主要部の構造を示す分解斜視図である。
図 3は、 図上記インクジエツト式記録へッドの圧電体素子部分を拡大した平面 図 （a) 、 その i一 i線断面図 （b) 及び ii— ii線断面図 （c) である。
図 4は、 図 3 (c) の囲み線 iii部分の拡大図である。
図 5は、 本発明の液体吐出へッドであるィンクジェット式記録へッドの製造方 法を示す断面模式図である。
図 6は、 本発明の液体吐出へッドであるィンクジェット式記録へッドの製造方 法を示す断面模式図である。
なお、 図中、 符号 20は圧力室基板、 30は振動板、 3 1は第 1酸化膜、 32 は第 2酸化膜、 40は圧電体薄膜素子、 42は下部電極、 43は圧電体薄膜、 4 4は上部電極、 Sは撓み、 Wはキヤビティ幅である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の好適な実施の形態を、 図面を参照しながら説明する。
く 1 . インクジェットプリンタの全体構成 >
図 1は、 本実施形態の液体吐出へッドが使用される液体吐出装置の一例として のプリンタの構造を説明する斜視図である。 このプリンタには、 本体 2に、 トレ ィ 3、 排出口 4および操作ボタン 9が設けられている。 さらに本体 2の内部には、 インクジェット式記録ヘッド 1、 給紙機構 6、 制御回路 8が備えられている。 液体吐出へッドであるインクジェット式記録へッド 1は基板上に形成された複 数の圧電体素子を備え、 制御回路 8から供給される吐出信号に対応して、 ノズル からィンクを吐出可能に構成されている。
本体 2は、 プリンタの筐体であって、 用紙 5をトレイ 3から供給可能な位置に 給紙機構 6を配置し、 用紙 5に印字可能なようにインクジェット式記録へッド 1 を配置している。 トレイ 3は、 印字前の用紙 5を給紙機構 6に供給可能に構成さ れ、 排出口 4は、 印刷が終了した用紙 5を排出する出口である。
給紙機構 6は、 モータ 6 0 0、 ローラ 6 0 1 · 6 0 2、 その他の図示しない機 械構造を備えている。 モータ 6 0 0は、 制御回路 8から供給される駆動信号に対 応して回転可能になっている。 機械構造は、 モータ 6 0 0の回転力をローラ 6 0 1 · 6 0 2に伝達可能に構成されている。 ローラ 6 0 1および 6 0 2は、 モータ
6 0 0の回転力が伝達されると回転するようになっており、 回転により トレイ 3 に載置された用紙 5を引き込み、 ヘッド 1によって印刷可能に供給するようにな つている。
制御回路 8は、 図示しない C P U、 R OM, R AM、 インターフェース回路な どを備え、 図示しないコネクタを介してコンピュータから供給される印字情報に 対応させて、 駆動信号を給紙機構 6に供給したり、 吐出信号をインクジェット式 記録ヘッド 1に供給したりできるようになつている。 また、 制御回路 8は操作パ ネル 9からの操作信号に対応させて動作モードの設定、 リセット処理などが行え るようになっている。 本実施形態のプリンタは、 後述の十分な変位を得ることができる液体吐出へッ ドを備えているので、 性能の高いプリンタとなっている。
< 2 . インクジェット式記録へッドの構成 >
図 2は、 本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドであるインクジェット式記 録へッドの主要部の構造を示す分解斜視図である。
図 2に示すように、 インクジェット式記録ヘッドは、 ノズノレ板 1 0、 圧力室基 板 2 0、 振動板 3 0を備えて構成される。
圧力室基板 2 0は、 圧力室 （キヤビティ） 2 1、 側壁 2 2、 リザーバ 2 3およ び供給口 2 4を備えている。 圧力室 2 1は、 シリコン等の基板をエッチングする ことにより、 インクなどを吐出するために貯蔵する空間として形成されたもので ある。 側壁 2 2は、 圧力室 2 1を仕切るよう形成されている。 リザーバ 2 3は、 インクを共通して各圧力室 2 1に供給するための流路となっている。 供給口 2 4 は、 リザーバ 2 3から各圧力室 2 1へインクを導入可能に形成されている。 ノズル板 1 0は、 圧力室基板 2 0に設けられた圧力室 2 1の各々に対応する位 置にそのノズル 1 1が配置されるよう、 圧力室基板 2 0の一方の面に貼り合わせ られている。
振動板 3 0は、 後述するように第 1酸化膜 3 1と第 2酸化膜 3 2とを積層して 形成されたものであり、 圧力室基板 2 0の他方の面に形成されている。 振動板 3 0には、 図示しないインクタンク接続口が設けられており、 インクタンクに貯蔵 されているインクを圧力室基板 2 0のリザーバ 2 3に供給可能になっている。 ノズル板 1 0、 振動板 3 0及び圧力室基板 2 0からなるヘッドユニットは、 筐 体 2 5に収められて固定されインクジエツト式記録へッド 1を構成している。 < 3 . 圧電体素子の構成 >
図 3は、 上記ィンクジェット式記録へッドの圧電体素子部分を拡大した平面図 ( a ) 、 その i一 i線断面図 （b ) 及び i i _ ii線断面図 （c ) である。
図 3に示すように、 圧電体素子 4 0は、 第 1酸化膜 3 1上に第 2酸化膜 3 2、 下部電極 4 2、 圧電体薄膜 4 3および上部電極 4 4を順次積層して構成されてい る。
第 1酸化膜 3 1は、 例えば厚さ 100 i mの単結晶シリコンからなる圧力室基 板 20上に絶縁膜として形成する。 好適には、 酸化ケィ素 （S i 02) からなる 膜を 1. 0 μ mの厚さに形成して得る。
第 2酸化膜 32は、 弾性を備える層であって、 第 1酸化膜 3 1と一体となって 振動板 30を構成している。 この第 2酸化膜 32は、 振動板に弾性を与える機能 を備えるため、 好ましくは、 ジルコニァ （Z r 02) からなる膜を、 200 nm 以上 800 nm以下の厚みに形成して得る。 例えば、 500 nmの厚みとする。 第 2酸化膜 32と下部電極 42の間には、 双方の層を密着するような金属、 好 ましくは、 チタンまたはクロムからなる密着層 （図示しない） を設けてもよい。 密着層は、 圧電体素子の設置面への密着性を良くするために形成するものであり、 当該密着性が確保できる場合には形成しなくてもよい。 また、 密着層を設ける場 合、 好ましくは、 10 nm以上の厚みとする。
下部電極 42は、 ここでは少なくとも I rを含む層、 例えば最下層から I rを 含む層 ZP tを含む層/ I rを含む層の層構造となっている。 下部電極 42の全 体の厚みは、 例えば 200 nmとする。
下部電極 42の層構造はこれに限らず、 I rを含む層 P tを含む層、 または P tを含む層 I rを含む層なる 2層構造でもよい。 また、 I rを含む層のみで 構成しても良い。
圧電体薄膜 43は圧電性セラミックスの結晶で構成された強誘電体であり、 好 ましくは、 チタン酸ジルコン酸鉛 （PZT) 等の強誘電性圧電性材料や、 これに 酸化ニオブ、 酸化ニッケルまたは酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したも のからなる。 圧電体薄膜 43の組成は圧電体素子の特性、 用途等を考慮して適宜 選択する。 具体的には、 チタン酸鉛 (P b T i 03) 、 チタン酸ジルコン酸鉛
(P b (Z r， T i ) 03) 、 ジルコニウム酸鉛 (P b Z r 03) 、 チタン酸鉛 ランタン （ （Pb, L a) ， T i 03) 、 ジルコン酸チタン酸鉛ランタン （ （P b, L a) (Z r, T i ) 03) 又は、 マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタ ン酸鉛 （P b (Z r， T i ) (Mg, Nb) 03) 等が好適に用いられる。 また、 チタン酸鉛やジルコニウム酸鉛にニオブ （Nb) を適宜添加することにより、 圧 電特性に優れた膜を得ることができる。
圧電体薄膜 43は、 X線回折広角法により測定した 1 00面配向度が 70 %以 上の膜であり、 特に 80%以上が好ましい。 そして、 1 1 0面配向度は 1 0%以 下、 1 1 1面配向度が残部である。 但し、 1 00面配向度、 1 1 0面配向度及び 1 1 1面配向度の和は 1 00%とする。
圧電体薄膜 43の厚みは、 製造工程でクラックが発生しない程度に抑え、 一方、 十分な変位特性を呈する程度に厚くする必要があり、 0. 5 im以上 2. 0 /im 以下の厚さが好ましい。 例えば 1 / mとする。
上部電極 44は、 下部電極 4 2と対になる電極であり、 好適には、 P tまたは I rにより構成される。 上部電極 44の厚みは、 好適には 50 nm程度である。 下部電極 4 2は各圧電体素子に共通な電極となっている。 これに対して配線用 下電極 4 2 aは下部電極 42と同じ高さの層に位置するが、 下部電極 4 2や他の 配線用下電極 42 aとは分離され、 細帯電極 4 5を介して上部電極 44に導通可 能になっている。
図 4は、 図 3 (c) の囲み線 iii部分の拡大図である。 図 4は図 3 (c ) より も本実施形態の膜厚比に近いものであるが、 特に振動板の橈み Sを強調して図示 している。 図に示されるように、 キヤビティ幅 Wは圧力室 2 1の振動板寄りの面 における短辺の長さである。 撓み Sは、 圧電体素子 40の電極に印加する電圧が 0の場合における振動板 30の変位量である。 製造直後と一定回数の使用後とで 印加電圧が 0の場合における変位量が異なる場合には、 使用後でも撓み Sが小さ いことが望ましい。
< 4. インクジェット式記録へッドの動作 >
上記ィンクジュット式記録へッド 1の構成において、 印刷動作を説明する。 制 御回路 8から駆動信号が出力されると、 給紙機構 6が動作し用紙 5がヘッド 1に よって印刷可能な位置まで搬送される。 制御回路 8から吐出信号が供給されず圧 電体素子の下部電極 4 2と上部電極 44との間に駆動電圧が印加されていない場 合、 圧電体膜 4 3には変形を生じない。 吐出信号が供給されていない圧電体素子 が設けられている圧力室 2 1には、 圧力変化が生じず、 そのノズル 1 1力 らイン ク滴は吐出されない。
一方、 制御回路 8から吐出信号が供給され圧電体素子の下部電極 4 2と上部電 極 4 4との間に一定の駆動電圧が印加された場合、 圧電体膜 4 3に変形を生じる。 吐出信号が供給された圧電体素子が設けられている圧力室 2 1ではその振動板 3 0が圧力室の室内側に大きくたわむ。 このため圧力室 2 1内の圧力が瞬間的に高 まり、 ノズル 1 1からインク滴が吐出される。 ヘッド中で印字データに対応した 位置の圧電体素子に吐出信号を個別に供給することで、 任意の文字や図形を印刷 させることができる。 < 5 . 製造方法 >
次に、 本発明の圧電体素子の製造方法を説明する。 図 5及び図 6は、 本発明の 圧電体素子及びィンクジェット式記録へッドの製造方法を示す断面模式図である。 第 1酸化膜形成工程 （S 1 )
この工程は、 圧力室基板 2 0となるシリコン基板を酸素或いは水蒸気を含む酸 化性雰囲気中で高温処理し、 酸化珪素 （S i 0 2 ) からなる第 1酸化膜 3 1を形 成する工程である。 この工程には通常用いる熱酸化法の他、 C V D法を使用する こともできる。 熱酸化法を用いる場合、 第 1酸化膜内に圧縮応力が生じやすいた め、 このことも振動板に撓み Sが生じる一因であると推測される。
第 2酸化膜を形成する工程 （S 2 )
第 1酸化膜 3 1が形成された圧力室基板 2 0の一方の面に、 第 2酸化膜 3 2を 形成する工程である。 この第 2酸化膜 3 2は、 スパッタ法または真空蒸着法等に より Z rの層を形成したものを酸素雰囲気中で高温処理して得られる。
下部電極を形成する工程 （S 3 )
第 2酸化膜 3 2上に下部電極 4 2を形成する。 例えば、 まず I rを含む層を形 成し、 次いで P tを含む層を形成し、 更に I rを含む層を形成する。
下部電極 4 2を構成する各層は、 それぞれ I rまたは P tを第 2酸化膜 3 2上 に、 スパッタ法等で付着させて形成する。 なお、 下部電極 4 2の形成に先立ち、 チタン又はクロムからなる密着層 （図示せず） をスパッタ法又は真空蒸着法によ り形成しても良い。 下部電極の形成工程では下部電極 4 2内に引張応力が生じやすいため、 このこ とも振動板 3 0及び圧電体素子 4 0に橈み Sが生じる一因であると推測される。 下部電極形成後のパターニング工程 （S 4 )
下部電極形成後、 これを配線用下電極 4 2 aと分離するため、 まず下部電極層 4 2を所望の形状にマスクし、 その周辺をエッチングすることでパターニングを 行う。 具体的には、 まずスピンナ一法、 スプレー法等により均一な厚みのレジス ト材料を下部電極上に塗布し （図示せず） 、 次いで、 マスクを圧電体素子の形状 に形成してから露光 '現像して、 レジス トパターンを下部電極上に形成する （図 示せず） 。 これに通常用いるイオンミリング又はドライエッチング法等により下 部電極をエッチング除去し第 2酸化膜 3 2を露出させる。
更に、 前記パターニング工程において下部電極表面に付着した汚染物質や酸化 部分等を除去するため、 逆スパッタリングによるクリーニングを行う （図示せ ず） 。
T i核 （層） を形成する工程
この工程は、 スパッタ法等により、 下部電極 4 2上に T i核 （層） （図示せ ず） を形成する工程である。 T i核 （層） を形成するのは、 T i結晶を核として P Z Tを成長させることにより、 結晶成長が下部電極側から起こり、 緻密で柱状 の結晶が得られる。 T i核 （層） の厚さを調整することにより、 圧電体薄膜であ る P Z Tの 1 0 0面配向度を制御することができる。 T i核 （層） の平均厚みは たとえば 3〜 7 n mとする。
圧電体薄膜を形成する工程 （S 5 )
圧電体薄膜 4 3は、 例えば以下に説明するゾル ·ゲル法により製造される。 まず、 有機金属アルコキシド溶液からなるゾルをスピンコート等の塗布法によ り T i核上に塗布する。 次いで、 一定温度で一定時間乾燥させ、 溶媒を蒸発させ る。 乾燥後、 さらに大気雰囲気下において所定の高温で一定時間脱脂し、 金属に 配位している有機の配位子を熱分解させ、 金属酸化物とする。 この塗布、 乾燥、 脱脂の各工程を所定回数、 例えば 2回繰り返して 2層からなる圧電体前駆体膜を 積層する。 これらの乾燥と脱脂処理により、 溶液中の金属アルコキシドと酢酸塩 とは配位子の熱分解を経て金属、 酸素、 金属のネットワークを形成する。 圧電体前駆体膜の形成後、 焼成して結晶化させることにより圧電体薄膜を形成 する。 この焼成により、 圧電体前駆体膜は、 アモルファス状態から菱面体結晶構 造をとるようになり、 電気機械変換作用を示す圧電体薄膜へと変化し、 X線回折 広角法により測定した 1 0 0面配向度が 8 0 %となる。
以上のような前駆体膜の形成とその焼成とを複数回繰り返すことにより、 圧電 体薄膜を所望の膜厚とすることができる。 例えば 1回の焼成につき塗布する前駆 体膜の膜厚を 2 0 0 n mとし、 これを 5回繰り返す。 2回目以降の焼成により形 成される層は、 順次下層の圧電体膜の影響を受けて結晶成長し、 圧電体薄膜全体 にわたつて、 1 0 0面配向度が 8 0 %となる。
圧電体薄膜の形成工程では圧電体薄膜 4 3内に引張応力が生じやすいため、 こ のことも振動板 3 0及び圧電体素子 4 0に橈み Sが生じる一因であると推測され る。 なお、 1 0 0面配向度を 7 0 %以上とすることにより、 後述のように橈み S を軽減することができる。 また、 圧電体薄膜を多成分系 P Z Tとすることにより、 後述のように橈み Sを軽減することができる。
上部電極形成工程 （ S 6 )
圧電体薄膜 4 3上に、 電子ビーム蒸着法またはスパッタ法により上部電極 4 4 を形成する。
圧電体薄膜及び上部電極除去工程 （S 7 )
圧電体薄膜 4 3及び上部電極 4 4を、 圧電体素子の所定形状にパターニングす る工程である。 具体的には、 上部電極 4 4上にレジス トをスピンコートした後、 圧力室が形成されるべき位置に合わせて露光 ·現像してパターニングする。 残つ たレジストをマスクとして上部電極 4 4、 圧電体薄膜 4 3をイオンミリング等で エッチングする。 以上の工程で、 圧電体素子 4 0が形成される。
細帯電極形成工程 （S 8 )
次に、 上部電極 4 4と配線用下電極 4 2 aを導通する細帯電極 4 5を形成する。 細帯電極 4 5の材質は剛性が低く、 電気抵抗が低い金が好ましい。 他に、 アルミ 二ゥム、 銅なども好適である。 細帯電極 4 5は約 0 . 2 /i mの膜厚で成膜し、 そ の後各上部電極と配線用下電極との導通部が残るようにパターニングする。
圧力室形成工程 （S 9 ) 次に、 圧力室基板 2 0の他方の面に、 異方性エッチングまたは平行平板型反応 性ィオンエツチング等の活性気体を用いた異方性ェツチングを施し、 圧電体素子 4 0の形成箇所と対応する部分に圧力室 2 1を形成する。 エッチングされずに残 された部分が側壁 2 2になる。
圧力室基板 2 0は、 圧力室 2 1の形成前においては、 第 1酸化膜 3 1及び圧電 体薄膜 4 3の製膜工程で生じていた内部応力に抗してこれらを平らに保持してい たが、 圧力室基板 2 0をエッチング除去したことにより、 除去した部分の振動板 3 0及び圧電体素子 4 0に撓み S (初期撓み） が生じる。 撓み Sが生じる一因と して第 1酸化膜 3 1内の内部応力が考えられることから、 圧力室形成後に第 1酸 化膜 3 1をエッチングして膜厚を一部薄くすることで内部応力を軽減することに より、 撓み Sを軽減することも考えられる。
ノズル板貼り合わせ工程 （ S 1 0 )
最後に、 ェツチング後の圧力室基板 2 0にノズル板 1 0を接着剤で貼り合わせ る。 貼り合わせのときに各ノズル 1 1が圧力室 2 1各々の空間に配置されるよう 位置合わせする。 ノズル板 1 0が貼り合わせられた圧力室基板 2 0を図示しない 筐体に取り付け、 インクジエツト式記録へッド 1を完成させる。
< 6 . 実施例 1 >
上記実施形態のィンクジエツト式記録へッドを、 圧電体薄膜である P Z Tの 1 0 0面配向度を種々変えて製造した。 下部電極上に形成した T i核の厚みを調整 することにより、 ？2丁の 1 0 0面配向度が8 %、 3 3 %、 7 9 %のものがそれ ぞれ得られた。 キヤビティ幅 Wはいずれも 6 5 // mとした。
これらインクジェット式記録ヘッドについて、 製造直後の振動板の撓み S (初 期橈み） と、 2 0 Vの台形波を 1億パルス印加した後で印加電圧を 0にした時の 振動板の撓み S (駆動後橈み） とを測定した。
1 0 0面配向度が 8 %のものでは、 初期撓み Sは 2 3 0 n m、 駆動後撓み Sは 2 8 0 n mとなった。 1 0 0面配向度が 3 3 %のものでは、 初期撓み Sは 1 3 0 n m、 駆動後撓み Sは 2 8 0 n mとなった。 1 0 0面配向度が 7 9 %のものでは、 初期撓み Sは 1 0 0 n m、 駆動後撓み Sは 2 2 0 n mとなった。 以上のように 100面配向度が 79%のものでは、 電圧印加後でも撓み Sがキ ャビティ幅 Wの 0. 4%以内に収まり、 良好な結果を示すことがわかった。
< 7. 実施例 2 >
上記実施形態のィンクジュット式記録へッドにおいて、 圧電体薄膜を多成分系 の PZTとして、 橈み Sの測定を行った。 具体的には、 0. 47 P b Z r 03— 0. 43 P b T i O3-0. 05 P b (N i 1/3Nb 2/3) 03- 0. 05 P b (Z r 1/3N b 2/3) O 3で示されるジルコニウムニオブ酸ニッケルニオブ酸ジ ルコン酸チタン酸鉛を圧電体薄膜 43とするインクジエツト式記録へッドを用い た。 キャビティ幅 Wは実施例 1と同様に 65 μ mとした。 初期橈み Sは 1 76 n m、 駆動後撓み Sは 1 87 nmとなり、 いずれもキヤビティ幅 Wの 0. 4%以下 となった。
< 8. その他の応用例〉
本発明の液体吐出ヘッドは、 インクジェット記録装置に用いられるインクを吐 出するへッド以外にも、 液晶ディスプレイ等のためのカラーフィルタの製造に用 いられる色材を含む液体を吐出するヘッド、 有機 ELディスプレイや FED (面 発光デイスプレイ） 等の電極形成に用!/、られる電極材料を含む液体を吐出するへ ッド、 バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を吐出するへッド等、 種々の液体を噴射するへッドに適用することが可能である。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 駆動電圧の印加により十分な変位を得ることができる圧電体 素子を用いた液体吐出へッドを提供することができる。

Claims

請求の範囲
1. 圧力室が形成された基板と、 基板上に形成された振動板と、 振動板上に形成 された圧電体薄膜素子と、 を備えた液体吐出へッドにおいて、
前記振動板が前記圧力室側に凸となるようにたわんでおり、 前記振動板のたわ み量が、 前記圧力室の幅の 0. 4%以下である、 液体吐出ヘッド。
2. 請求項 1において、
前記圧電体薄膜素子は、 1 0 0面配向度が 7 0%以上の P Z Tからなる圧電体 薄膜を備えた、 液体吐出ヘッド。
3. 請求項 1において、
前記圧電体薄膜素子は、 少なくとも P b (Z n 1/3N b 2/3) O 3を含む多成 分系 P Z Tからなる圧電体薄膜を備えた、 液体吐出へッド。
4. 請求項 1乃至請求項 3の何れか一項において、
前記振動板のうち、 前記圧力室形成部分を他の部分より薄く形成した、 液体吐 出へッド。 5. 請求項 1において、
前記圧電体薄膜素子は、 膜厚 0.
5 μ m以上 2. 0 β m以下の圧電体薄膜を備 えた、 液体吐出へッド。
6. 請求項 1乃至請求項 5の何れか一項に記載の液体吐出へッドによりインクを 吐出可能に構成された液体吐出装置。
PCT/JP2003/008667 2002-07-09 2003-07-08 液体吐出ヘッド WO2004005032A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/491,827 US7708389B2 (en) 2002-07-09 2003-07-08 Liquid ejection head
EP20030741277 EP1464494A4 (en) 2002-07-09 2003-07-08 LIQUID EJECTION HEAD

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002200599A JP3555682B2 (ja) 2002-07-09 2002-07-09 液体吐出ヘッド
JP2002-200599 2002-07-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004005032A1 true WO2004005032A1 (ja) 2004-01-15

Family

ID=30112524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2003/008667 WO2004005032A1 (ja) 2002-07-09 2003-07-08 液体吐出ヘッド

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7708389B2 (ja)
EP (2) EP1464494A4 (ja)
JP (1) JP3555682B2 (ja)
CN (1) CN100382969C (ja)
WO (1) WO2004005032A1 (ja)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2153902T3 (es) 1994-08-30 2001-03-16 Teikoku Chem Ind Co Ltd Derivado ester de acido guanidinometilciclohexanocarboxilico.
JP4362045B2 (ja) * 2003-06-24 2009-11-11 京セラ株式会社 圧電変換装置
JP4737375B2 (ja) * 2004-03-11 2011-07-27 セイコーエプソン株式会社 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並びに液体噴射装置の製造方法
JP2005340428A (ja) * 2004-05-26 2005-12-08 Seiko Epson Corp 圧電体素子及びその製造方法
DE102004036803A1 (de) * 2004-07-29 2006-03-23 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Ätzen einer Schicht auf einem Substrat
JP5297576B2 (ja) 2005-03-28 2013-09-25 セイコーエプソン株式会社 圧電素子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
CN101374665B (zh) * 2006-01-25 2010-12-08 精工爱普生株式会社 喷墨打印机的头驱动装置、头驱动方法及喷墨打印机
JP2007281031A (ja) * 2006-04-03 2007-10-25 Seiko Epson Corp アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置
US7768178B2 (en) * 2007-07-27 2010-08-03 Fujifilm Corporation Piezoelectric device, piezoelectric actuator, and liquid discharge device having piezoelectric films
JP5244749B2 (ja) * 2009-09-14 2013-07-24 富士フイルム株式会社 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの駆動方法、及び、画像記録装置
US8404132B2 (en) * 2011-03-31 2013-03-26 Fujifilm Corporation Forming a membrane having curved features
JP5836754B2 (ja) * 2011-10-04 2015-12-24 富士フイルム株式会社 圧電体素子及びその製造方法
US10032977B2 (en) * 2014-08-05 2018-07-24 Rohm Co., Ltd. Device using a piezoelectric element and method for manufacturing the same
JP6551773B2 (ja) 2015-02-16 2019-07-31 株式会社リコー 液滴吐出ヘッドおよび画像形成装置
JP6620542B2 (ja) 2015-03-11 2019-12-18 株式会社リコー 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置
JP6620543B2 (ja) 2015-03-11 2019-12-18 株式会社リコー 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置
JP7013914B2 (ja) * 2017-03-17 2022-02-01 株式会社リコー 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、および液体を吐出する装置
US10239312B2 (en) * 2017-03-17 2019-03-26 Ricoh Company, Ltd. Liquid discharge head, liquid discharge device, and liquid discharge apparatus
JP6384688B1 (ja) 2017-03-24 2018-09-05 セイコーエプソン株式会社 圧電素子及び圧電素子応用デバイス
JP2020001369A (ja) * 2018-06-20 2020-01-09 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
JP7095477B2 (ja) 2018-08-09 2022-07-05 ブラザー工業株式会社 液体吐出ヘッド

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1158730A (ja) * 1997-08-11 1999-03-02 Seiko Epson Corp インクジェット式記録ヘッド、及びその製造方法
JP2001274472A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Seiko Epson Corp 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、及び圧電体素子の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3162584B2 (ja) * 1994-02-14 2001-05-08 日本碍子株式会社 圧電／電歪膜型素子及びその製造方法
JPH08118663A (ja) * 1994-10-26 1996-05-14 Mita Ind Co Ltd インクジェットプリンタ用印字ヘッド及びその製造方法
JPH08118662A (ja) * 1994-10-26 1996-05-14 Mita Ind Co Ltd インクジェットプリンタ用印字ヘッド及びその製造方法
US6140746A (en) * 1995-04-03 2000-10-31 Seiko Epson Corporation Piezoelectric thin film, method for producing the same, and ink jet recording head using the thin film
JP3503386B2 (ja) * 1996-01-26 2004-03-02 セイコーエプソン株式会社 インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法
US6276772B1 (en) * 1998-05-02 2001-08-21 Hitachi Koki Co., Ltd. Ink jet printer using piezoelectric elements with improved ink droplet impinging accuracy
EP0963846B1 (en) * 1998-06-08 2005-08-31 Seiko Epson Corporation Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP3517876B2 (ja) * 1998-10-14 2004-04-12 セイコーエプソン株式会社 強誘電体薄膜素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド及びインクジェットプリンタ
US6494567B2 (en) 2000-03-24 2002-12-17 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element and manufacturing method and manufacturing device thereof
WO2001074592A1 (fr) * 2000-03-31 2001-10-11 Fujitsu Limited Tete a jet d'encre a buses multiples et son procede de fabrication
JP2002001952A (ja) * 2000-06-20 2002-01-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置
JP4342744B2 (ja) * 2001-04-23 2009-10-14 株式会社リコー ヘッド駆動装置及びインクジェット記録装置
JP4305016B2 (ja) * 2002-03-18 2009-07-29 セイコーエプソン株式会社 圧電アクチュエータユニット、及び、それを用いた液体噴射ヘッド

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1158730A (ja) * 1997-08-11 1999-03-02 Seiko Epson Corp インクジェット式記録ヘッド、及びその製造方法
JP2001274472A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Seiko Epson Corp 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、及び圧電体素子の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1606503A (zh) 2005-04-13
JP2004042329A (ja) 2004-02-12
US20050157093A1 (en) 2005-07-21
EP1464494A4 (en) 2009-05-13
US7708389B2 (en) 2010-05-04
EP2602114A1 (en) 2013-06-12
EP1464494A1 (en) 2004-10-06
CN100382969C (zh) 2008-04-23
JP3555682B2 (ja) 2004-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3555682B2 (ja) 液体吐出ヘッド
JP4530615B2 (ja) 圧電体素子および液体吐出ヘッド
JP3379479B2 (ja) 機能性薄膜、圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、圧電体素子の製造方法およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法、
US7254877B2 (en) Method for the manufacture of a piezoelectric element
JP4182329B2 (ja) 圧電体薄膜素子およびその製造方法、ならびにこれを用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置
JP3956134B2 (ja) 圧電体素子の製造方法、及び液体吐出ヘッドの製造方法
JP4058691B2 (ja) 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置
JP3567977B2 (ja) 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、及び圧電体素子の製造方法
JP2003243736A (ja) 圧電アクチュエータ、液滴噴射ヘッド、およびそれを用いた液滴噴射装置
JP5115910B2 (ja) プリンタ
JP4088817B2 (ja) 圧電体薄膜素子の製造方法、これを用いたインクジェットヘッド
JP2005168172A (ja) 圧電アクチュエータ及びこれを用いた液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置
JP4310672B2 (ja) 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、及びプリンタ
JP4207167B2 (ja) 圧電体素子の製造方法
JP3542018B2 (ja) 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド及びそれらの製造方法
WO2004001870A1 (ja) 圧電素子及び液体噴射ヘッド及びこれらの製造方法
JP5168717B2 (ja) 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、及びインクジェットプリンタ
JP4362859B2 (ja) インクジェット式記録ヘッドおよびプリンタ
JP3841279B2 (ja) 圧電体素子の製造方法およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法
JP2005209898A (ja) 圧電体素子、及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド
JP2008010880A (ja) 圧電体膜の製造方法、圧電体素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッドの製造方法
JP2001298219A (ja) 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、及び圧電体素子の製造方法
JP2005191289A (ja) 圧電アクチュエータ及びこれを用いた液体噴射ヘッドの製造方法
JP2004047814A (ja) 圧電体素子及びその製造方法
JP2000043256A (ja) インクジェット式記録ヘッド

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CN US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT RO SE TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003741277

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 20038017504

Country of ref document: CN

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003741277

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10491827

Country of ref document: US