JP2006175599A

JP2006175599A - Liquid delivering head and its manufacturing method

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Publication number: JP2006175599A
Application number: JP2004368069A
Authority: JP
Inventors: Takamitsu Fujii; 隆満藤井
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-07-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid delivering head having a piezoelectric membrane in which membrane stress is removed even when it is the piezoelectric membrane made by an aerosol deposition method (AD method) and thereby capable of solving generation of warping of a diaphragm and decrease in durability of a device, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: A sacrifice layer 62 is formed on a sacrifice substrate 61, and a PZT piezoelectric membrane 63 is formed on this sacrifice layer 62 by the AD method (Fig.5 (A) and (B)). After this PZT piezoelectric membrane 63 is anneal-treated, a common electrode 64 and a diaphragm 65 are formed on the PZT piezoelectric membrane 63, and thereafter, the sacrifice layer 62 is removed by etching, and the sacrifice substrate 61 is released (Fig.5 (C)-(F)). The membrane stress of the PZT piezoelectric membrane 63 made by the AD method is removed thereby. Thereafter, adhesion of a barrier 66 of a pressure room, patterning of the PZT piezoelectric membrane 63, forming of an individual electrode 67 and adhesion of a nozzle plate 68, are performed to prepare a liquid pressure cylinder 60 (Fig.5 (G)-(I)). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は液体吐出ヘッド及びその製造方法に係り、特に圧電体の製膜時に生じる膜応力を低減させる技術に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head and a method for manufacturing the same, and more particularly to a technique for reducing a film stress generated during film formation of a piezoelectric body.

特許文献１には、セラミックス・グリーンシートと導電性ペーストを積層して焼結することにより、積層体を形成する方法が記載されている。このような方法では、グリーンシートを用いるので、圧電体中にバインダが混入するため、圧電体の性能が悪く、形成温度が高いこと、微細化が困難なことなどの問題点が挙げられる。 Patent Document 1 describes a method of forming a laminate by laminating and sintering a ceramic green sheet and a conductive paste. In such a method, since a green sheet is used, a binder is mixed in the piezoelectric body, so that the performance of the piezoelectric body is poor, the formation temperature is high, and miniaturization is difficult.

圧電体中にバインダが混入しないような厚膜の製膜方法としては、エアロゾルデポジション法（以下、「ＡＤ法」という）によって圧電膜を製膜する方法が提案されている (特許文献２）。ＡＤ法とは、原料の粉体からエアロゾルを生成し、そのエアロゾルを基板に噴射し、その際の衝突エネルギーにより粉体を堆積させて膜を形成する方法である。 As a method for forming a thick film so that no binder is mixed in the piezoelectric body, a method of forming a piezoelectric film by an aerosol deposition method (hereinafter referred to as “AD method”) has been proposed (Patent Document 2). . The AD method is a method of forming a film by generating an aerosol from raw material powder, injecting the aerosol onto a substrate, and depositing the powder by collision energy at that time.

同様に、特許文献３には、ＡＤ法による圧電膜の形成方法が提案されている。 Similarly, Patent Document 3 proposes a method for forming a piezoelectric film by an AD method.

一方、ＡＤ法によって作製した圧電膜は、製膜時に飛来する粒子の運動エネルギーが大きく、基板との界面にて大きな圧縮応力（２００ＭＰｓ）が生じることが知られている（非特許文献１）。
特開２００３−１８９３９５号公報特開平４−１８８５０３号公報特開２００１−１５２３６０号公報 "Effect of Thickness on the Piezoelectric Properties of Lead Zirconate Titanate Films Fabricated by Aerosol Deposition Method" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.41(2002)pp.6669-6673 Part1,No.11B,November 2002 On the other hand, it is known that a piezoelectric film produced by the AD method has a large kinetic energy of particles flying during film formation, and a large compressive stress (200 MPs) is generated at the interface with the substrate (Non-patent Document 1).
JP 2003-189395 A Japanese Patent Laid-Open No. 4-188503 JP 2001-152360 A "Effect of Thickness on the Piezoelectric Properties of Lead Zirconate Titanate Films Fabricated by Aerosol Deposition Method" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.41 (2002) pp.6669-6673 Part1, No.11B, November 2002

振動板上にＡＤ法によって製膜された圧電膜には、大きな圧縮応力が働く。また、ＡＤ法での製膜時の温度 (約６００°Ｃ）と室温との温度差、及び圧電体と振動板との熱膨張係数の差により熱応力も働く。尚、圧電膜を室温製膜する場合には、上記熱応力は働かず、圧電膜自体の大きな圧縮応力が働く。 A large compressive stress acts on the piezoelectric film formed on the diaphragm by the AD method. Thermal stress also works due to the temperature difference between the temperature during film formation (about 600 ° C.) and the room temperature by the AD method and the difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric body and the diaphragm. When the piezoelectric film is formed at room temperature, the thermal stress does not work, and the large compressive stress of the piezoelectric film itself works.

このような圧電膜の膜応力は、圧電アクチュエータとして駆動する際の耐久性を劣化させ、また、振動板を変形させるという問題がある。振動板が変形していると、液体吐出ヘッドにおいては、振動板とインク室隔壁との接着固定を確実に行うことができなくなったり、同じ変位体積で振動板を駆動しても吐出インク量にばらつきが生じ、インク吐出精度が悪くなるという問題がある。 Such a film stress of the piezoelectric film has a problem of deteriorating durability when driven as a piezoelectric actuator and deforming the diaphragm. If the diaphragm is deformed, the liquid ejection head cannot reliably fix the diaphragm and the ink chamber partition, or even if the diaphragm is driven with the same displacement volume, the amount of ejected ink is reduced. There is a problem that variations occur and the ink ejection accuracy deteriorates.

また、振動板上に形成された圧電膜は、性能向上や残留応力の除去のために熱処理 (例えば、８００°Ｃを１時間保持するアニール処理）が行われるが、この場合の振動板は、アニール処理が可能な耐熱性材料にする必要があり、振動板の材料選択が制限されていた。尚、アニール処理によっても圧電膜の膜応力は十分に除去することはできない。 In addition, the piezoelectric film formed on the diaphragm is subjected to a heat treatment (for example, an annealing process in which 800 ° C. is maintained for 1 hour) for performance improvement and removal of residual stress. In this case, the diaphragm is It was necessary to use a heat-resistant material that can be annealed, and the material selection for the diaphragm was limited. Note that the film stress of the piezoelectric film cannot be sufficiently removed even by the annealing process.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、エアロゾルデポジション法によって製膜された圧電膜であっても膜応力が除去された圧電膜を有し、これにより振動板の反りの発生やデバイスの耐久性の低下を解決することができる液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has a piezoelectric film from which film stress has been removed even if it is a piezoelectric film formed by the aerosol deposition method, thereby generating warpage of the diaphragm. Another object of the present invention is to provide a liquid discharge head and a method for manufacturing the same that can solve a decrease in durability of the device.

また、本発明は、振動板の材料選択に耐熱性材料の制約を受けることがない液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a liquid discharge head that is not restricted by a heat resistant material when selecting a material for the diaphragm.

前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、液体が充填される圧力室と、前記圧力室から液体を吐出するためのノズルと、前記圧力室内の容積を変化させるための振動板と、前記振動板上にエアロゾルデポジション法によって形成された圧電膜とを有する液体吐出ヘッドにおいて、前記振動板及び圧電膜の厚みがそれぞれ５μｍ以上２０μｍ以下であり、非動作時における前記圧電膜の膜応力値が±１００ＭＰａ以内であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a pressure chamber filled with a liquid, a nozzle for discharging the liquid from the pressure chamber, and a diaphragm for changing the volume in the pressure chamber. In the liquid discharge head having the piezoelectric film formed on the diaphragm by the aerosol deposition method, the thickness of the diaphragm and the piezoelectric film is 5 μm or more and 20 μm or less, respectively, and the film of the piezoelectric film when not operating The stress value is within ± 100 MPa.

即ち、高精細かつ高トルクの液体吐出ヘッドを実現するためには、前記振動板及び圧電膜の厚みがそれぞれ５μｍ以上２０μｍ以下にする必要があり、好ましくは振動板の厚みは１０〜２０μｍ、圧電膜の厚みは５〜１５μｍ、更に好ましくは振動板の厚みは約１５μｍ、圧電膜の厚みは約１０μｍである。また、圧電膜はエアロゾルデポジション法により製膜されているが、この圧電膜は、非動作時に振動板の反り量が許容範囲（例えば、振動板と圧力室隔壁とを接着する際の接着剤の厚み以内）に入る膜応力（即ち、膜応力値が±１００ＭＰａ以内) となっている。尚、前記圧電膜の膜応力は、応力フリーの状態（即ち、膜応力値が±５０ＭＰａ) が好ましい。また、膜応力値の正の符号は、引っ張り応力を示し、負の符号は圧縮応力を示している。 That is, in order to realize a high-definition and high-torque liquid discharge head, the thickness of the diaphragm and the piezoelectric film must be 5 μm or more and 20 μm or less, respectively, and preferably the thickness of the diaphragm is 10 to 20 μm. The thickness of the film is 5 to 15 μm, more preferably the thickness of the diaphragm is about 15 μm, and the thickness of the piezoelectric film is about 10 μm. In addition, the piezoelectric film is formed by an aerosol deposition method, and this piezoelectric film has an allowable range of warpage of the diaphragm when not operating (for example, an adhesive for bonding the diaphragm and the pressure chamber partition wall). The film stress (that is, the film stress value is within ± 100 MPa). The film stress of the piezoelectric film is preferably in a stress-free state (that is, the film stress value is ± 50 MPa). In addition, a positive sign of the film stress value indicates a tensile stress, and a negative sign indicates a compressive stress.

請求項２に示すように請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、一辺の長さが２００μｍから６００μｍの矩形の平面形状を有することを特徴としている。即ち、前記圧電膜の膜応力が±１００ＭＰａ以内の状態であれば、前記厚み及び平面形状の振動板の反りを所望の範囲内にすることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the liquid ejection head according to the first aspect, the diaphragm has a rectangular planar shape having a side length of 200 μm to 600 μm. That is, if the film stress of the piezoelectric film is within ± 100 MPa, the thickness and the warp of the planar diaphragm can be set within a desired range.

また、振動板の平面形状の寸法を上記のように決定した理由は、振動板の一辺の長さが２００μｍよりも小さくなると、駆動時の変位が十分でなく、液体吐出が困難になり液体吐出ヘッドとして機能しなくなり、一方、振動板の一辺の長さが６００μｍよりも大きくなると、液体を圧力室に充填しないで駆動したときの変位は十分であるものの、液体を圧力室に充填して駆動した際には押し出すときの力が十分でなくなり、液体吐出が困難になり液体吐出ヘッドとして機能しなくなるからである。 Further, the reason for determining the dimension of the planar shape of the diaphragm as described above is that if the length of one side of the diaphragm is smaller than 200 μm, the displacement at the time of driving is not sufficient and the liquid ejection becomes difficult. If the length of one side of the diaphragm becomes larger than 600 μm, the displacement when driving without filling the pressure chamber is sufficient, but driving is performed by filling the pressure chamber. This is because the force for extruding becomes insufficient and the liquid discharge becomes difficult and does not function as a liquid discharge head.

請求項３に示すように請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電膜は、一辺の長さが２００μｍから６００μｍの矩形の平面形状を有し、前記振動板のサイズ以下であることを特徴としている。尚、圧電膜の平面形状の寸法を上記のように決定した理由は、上記振動板と同じである。また、圧電膜のサイズを振動板のサイズ以下とした理由は、振動板のサイズよりも大きいと、振動板の動きを圧電膜が拘束してしまい、変位性能が悪くなるからである。 According to a third aspect of the present invention, in the liquid ejection head according to the first or second aspect, the piezoelectric film has a rectangular planar shape with a side length of 200 μm to 600 μm and is equal to or smaller than the size of the diaphragm. It is characterized by that. The reason for determining the dimension of the planar shape of the piezoelectric film as described above is the same as that of the diaphragm. The reason why the size of the piezoelectric film is set to be equal to or smaller than the size of the diaphragm is that if the size is larger than the size of the diaphragm, the movement of the diaphragm is constrained by the piezoelectric film and the displacement performance is deteriorated.

請求項４に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、犠牲基板上に圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜を熱処理する工程と、前記圧電膜上に電極を形成する工程と、前記熱処理の工程以降に前記電極上に振動板を形成する工程と、前記熱処理の工程以降に前記圧電膜から前記犠牲基板を除去する工程と、前記振動板上に圧力室隔壁を形成する工程と、前記犠牲基板が除去された前記圧電膜の面に他の電極を形成する工程と、を含むことを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a liquid ejection head manufacturing method comprising: forming a piezoelectric film on a sacrificial substrate; heat treating the piezoelectric film; forming an electrode on the piezoelectric film; A step of subsequently forming a diaphragm on the electrode, a step of removing the sacrificial substrate from the piezoelectric film after the step of the heat treatment, a step of forming a pressure chamber partition on the diaphragm, and the sacrificial substrate Forming another electrode on the surface of the piezoelectric film from which is removed.

即ち、前記振動板を形成する工程以前に前記圧電膜の熱処理が終了しているため、振動板の材料選択に耐熱性材料の制約を受けることがない。また、前記犠牲基板と圧電膜との界面に応力が発生していても前記犠牲基板を除去することにより、圧電膜の膜応力を除去することができる。尚、前記犠牲基板を除去する工程は、熱処理の工程以降であれば、何時でもよいが、犠牲基板付きの方がハンドリングがよいため、より後段で除去するのが好ましい。 That is, since the heat treatment of the piezoelectric film is completed before the step of forming the diaphragm, the material selection of the diaphragm is not restricted by a heat resistant material. Even if stress is generated at the interface between the sacrificial substrate and the piezoelectric film, the film stress of the piezoelectric film can be removed by removing the sacrificial substrate. The step of removing the sacrificial substrate may be any time as long as it is after the heat treatment step, but it is preferable to remove the sacrificial substrate at a later stage because the sacrificial substrate is better handled.

請求項５に示すように請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記圧電膜を形成する工程は、エアロゾルデポジション法により圧電原料の粉体を含むエアロゾルを前記犠牲基板上に噴射し、該犠牲基板上に粉体を堆積させて圧電膜を形成することを特徴としている。特に、エアロゾルデポジション法により製膜された圧電膜と犠牲基板との界面には強い膜応力が生じるため、前記犠牲基板の除去が膜応力の除去に有効である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a liquid discharge head according to the fourth aspect, in the step of forming the piezoelectric film, an aerosol containing powder of a piezoelectric raw material is sprayed onto the sacrificial substrate by an aerosol deposition method. The piezoelectric film is formed by depositing powder on the sacrificial substrate. In particular, since a strong film stress is generated at the interface between the piezoelectric film formed by the aerosol deposition method and the sacrificial substrate, the removal of the sacrificial substrate is effective in removing the film stress.

請求項６に示すように請求項４又は５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記犠牲基板は、該犠牲基板上に犠牲層が形成されたものを含むことを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a liquid discharge head according to the fourth or fifth aspect, the sacrificial substrate includes a sacrificial substrate having a sacrificial layer formed thereon.

請求項７に示すように請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記犠牲層は、前記犠牲基板よりもエッチングが容易な材料からなり、前記犠牲基板を除去する工程は、前記犠牲層をエッチングすることにより前記犠牲基板を剥離することを特徴としている。即ち、前記犠牲基板上にエッチングしやすい犠牲層を形成しておくことにより、この犠牲層をエッチングして犠牲基板を容易に剥離することができる。 7. The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 6, wherein the sacrificial layer is made of a material that is easier to etch than the sacrificial substrate, and the step of removing the sacrificial substrate includes the sacrificial substrate. The sacrificial substrate is peeled off by etching the layer. That is, by forming a sacrificial layer that can be easily etched on the sacrificial substrate, the sacrificial substrate can be easily peeled off by etching the sacrificial layer.

請求項８に示すように請求項４又は５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記犠牲基板を除去する工程は、前記犠牲基板を研磨して除去することを特徴としている。この場合の犠牲基板は研磨しやすい材料が好ましい。 According to an eighth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a liquid discharge head according to the fourth or fifth aspect, the step of removing the sacrificial substrate is performed by polishing and removing the sacrificial substrate. The sacrificial substrate in this case is preferably a material that can be easily polished.

本発明によれば、エアロゾルデポジション法によって製膜された圧電膜であっても膜応力が除去された圧電膜を有しているため、振動板の反りの発生やデバイスの耐久性の低下を防止することができ、また、振動板を形成する前に熱処理を終了することができるため、振動板の材料選択に耐熱性材料の制約を受けることがないという利点がある。 According to the present invention, the piezoelectric film formed by the aerosol deposition method has the piezoelectric film from which the film stress has been removed, so that the vibration of the diaphragm and the durability of the device are reduced. Further, since the heat treatment can be completed before the diaphragm is formed, there is an advantage that the material selection of the diaphragm is not restricted by the heat-resistant material.

以下添付図面に従って本発明に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of a liquid discharge head and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

［インクジェット記録装置の概要］
まず、本発明に係る液体吐出ヘッドを適用するインクジェット記録装置の概要について説明する。 [Outline of inkjet recording apparatus]
First, an outline of an ink jet recording apparatus to which a liquid discharge head according to the present invention is applied will be described.

図１はインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色ごとに設けられた複数の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ink jet recording apparatus. As shown in the figure, the inkjet recording apparatus 10 includes a printing unit 12 having a plurality of liquid ejection heads (hereinafter simply referred to as “heads”) 12K, 12C, 12M, and 12Y provided for each color of ink. An ink storage / loading unit 14 that stores ink to be supplied to each of the heads 12K, 12C, 12M, and 12Y, a paper feeding unit 18 that supplies the recording paper 16, and a decurling unit 20 that removes curl from the recording paper 16. A suction belt conveyance unit 22 that is disposed opposite to the nozzle surface (ink ejection surface) of the printing unit 12 and conveys the recording paper 16 while maintaining the flatness of the recording paper 16, and a printing result by the printing unit 12 And a paper discharge unit 26 that discharges printed recording paper (printed matter) to the outside.

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。 The recording paper 16 delivered from the paper supply unit 18 retains curl due to having been loaded in the magazine. In order to remove this curl, heat is applied to the recording paper 16 by the heating drum 30 in the direction opposite to the curl direction of the magazine in the decurling unit 20.

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。尚、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。 In the case of an apparatus configuration that uses roll paper, a cutter (first cutter) 28 is provided as shown in FIG. 1, and the roll paper is cut into a desired size by the cutter 28. The cutter 28 includes a fixed blade 28A having a length equal to or greater than the conveyance path width of the recording paper 16, and a round blade 28B that moves along the fixed blade 28A. The fixed blade 28A is provided on the back side of the print. The round blade 28B is disposed on the printing surface side with the conveyance path interposed therebetween. Note that the cutter 28 is not necessary when cut paper is used.

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。 After the decurling process, the cut recording paper 16 is sent to the suction belt conveyance unit 22. The suction belt conveyance unit 22 has a structure in which an endless belt 33 is wound between rollers 31 and 32, and at least portions facing the nozzle surface of the printing unit 12 and the sensor surface of the printing detection unit 24 are horizontal ( Flat surface).

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。 The belt 33 has a width that is greater than the width of the recording paper 16, and a plurality of suction holes (not shown) are formed on the belt surface. As shown in FIG. 1, a suction chamber 34 is provided at a position facing the nozzle surface of the print unit 12 and the sensor surface of the print detection unit 24 inside the belt 33 spanned between the rollers 31 and 32. Then, the suction chamber 34 is sucked by the fan 35 to be a negative pressure, whereby the recording paper 16 on the belt 33 is sucked and held.

ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。 The power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the rollers 31 and 32 around which the belt 33 is wound, so that the belt 33 is driven in the clockwise direction in FIG. The recording paper 16 is conveyed from left to right in FIG.

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。 Since ink adheres to the belt 33 when a borderless print or the like is printed, the belt cleaning unit 36 is provided at a predetermined position outside the belt 33 (an appropriate position other than the print area).

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。 A heating fan 40 is provided on the upstream side of the printing unit 12 on the paper conveyance path formed by the suction belt conveyance unit 22. The heating fan 40 heats the recording paper 16 by blowing heated air onto the recording paper 16 before printing. Heating the recording paper 16 immediately before printing makes it easier for the ink to dry after landing.

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、図２に示したように、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。 The printing unit 12 is a so-called full line type head in which line type heads having a length corresponding to the maximum paper width are arranged in a direction (main scanning direction) orthogonal to the paper feed direction (see FIG. 2). As shown in FIG. 2, each of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y has an ink discharge port (nozzle) over a length that exceeds at least one side of the maximum size recording paper 16 targeted by the inkjet recording apparatus 10. It is composed of a plurality of line type heads.

記録紙１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。 Heads 12K, 12C, 12M, and 12Y corresponding to the respective color inks are arranged in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side along the feeding direction of the recording paper 16. Yes. A color image can be formed on the recording paper 16 by ejecting the color inks from the heads 12K, 12C, 12M, and 12Y while conveying the recording paper 16, respectively.

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのラインセンサを含み、該ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。 The print detection unit 24 includes a line sensor for imaging the droplet ejection result of the print unit 12, and functions as means for checking nozzle clogging and other ejection defects from the droplet ejection image read by the line sensor.

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。 A post-drying unit 42 is provided following the print detection unit 24. The post-drying unit 42 is means for drying the printed image surface, and for example, a heating fan is used. Since it is preferable to avoid contact with the printing surface until the ink after printing is dried, a method of blowing hot air is preferred.

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。 A heating / pressurizing unit 44 is provided following the post-drying unit 42. The heating / pressurizing unit 44 is a means for controlling the glossiness of the image surface, and pressurizes with a pressure roller 45 having a predetermined surface uneven shape while heating the image surface to transfer the uneven shape to the image surface. To do.

こうして生成されたプリント物はカッター２８によって所定のサイズに切断された後、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える不図示の選別手段が設けられている。尚、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。 The printed matter generated in this manner is cut into a predetermined size by the cutter 28 and then discharged from the paper discharge unit 26. It is preferable that the original image to be printed (printed target image) and the test print are discharged separately. The ink jet recording apparatus 10 is provided with a sorting means (not shown) that switches the paper discharge path so as to select the print product of the main image and the print product of the test print and send them to the discharge units 26A and 26B. Yes. When the main image and the test print are simultaneously formed in parallel on a large sheet, the test print portion is cut off by the cutter (second cutter) 48.

［エアロゾルデポジション法（以下、「ＡＤ法」という）による製膜方法］
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの製造に使用するＡＤ法による製膜方法について説明する。 [Film formation method by aerosol deposition method (hereinafter referred to as “AD method”)]
Next, a film forming method by the AD method used for manufacturing the piezoelectric actuator according to the present invention will be described.

図３はＡＤ法による製膜装置を示す模式図である。この製膜装置は、原料の粉体５１を配置するエアロゾル生成容器５２を有している。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a film forming apparatus using the AD method. This film forming apparatus has an aerosol generation container 52 in which raw material powder 51 is arranged. Here, the aerosol refers to solid or liquid fine particles suspended in a gas.

エアロゾル生成容器５２には、キャリアガス導入部５３、エアロゾル導出部５４、振動部５５が設けられている。キャリアガス導入部５３から窒素ガス（Ｎ₂）等の気体を導入することによってエアロゾル生成容器５２内に配置された原料の粉体が噴き上げられ、エアロゾルが生成される。その際に、振動部５５によってエアロゾル生成容器５２に振動を与えることにより、原料の粉体が攪拌され、効率よくエアロゾルが生成される。生成されたエアロゾルは、エアロゾル導出部５４を通って製膜チャンバ５６に導かれる。 The aerosol generation container 52 is provided with a carrier gas introduction part 53, an aerosol lead-out part 54, and a vibration part 55. By introducing a gas such as nitrogen gas (N ₂ ) from the carrier gas introduction part 53, the raw material powder disposed in the aerosol generation container 52 is blown up to generate an aerosol. At that time, vibration is applied to the aerosol generation container 52 by the vibration unit 55, whereby the raw material powder is stirred and the aerosol is efficiently generated. The generated aerosol is guided to the film forming chamber 56 through the aerosol outlet 54.

製膜チャンバ５６には、排気管５７、ノズル５８、可動ステージ５９が設けられている。排気管５７は、真空ポンプに接続されており、製膜チャンバ５６内を排気する。エアロゾル生成容器５２において生成され、エアロゾル導出部５４を通って製膜チャンバ５６に導かれたエアロゾルは、ノズル５８から支持基板５０に向けて噴射される。これにより、原料の粉体が支持基板５０上に衝突して堆積する。支持基板５０は、３次元に移動可能な可動ステージ５９に載置されており、可動ステージ５９を制御することにより、支持基板５０とノズル５８との相対的位置が調節される。 The film forming chamber 56 is provided with an exhaust pipe 57, a nozzle 58, and a movable stage 59. The exhaust pipe 57 is connected to a vacuum pump and exhausts the film forming chamber 56. The aerosol generated in the aerosol generation container 52 and guided to the film forming chamber 56 through the aerosol outlet 54 is jetted from the nozzle 58 toward the support substrate 50. Thereby, the raw material powder collides and accumulates on the support substrate 50. The support substrate 50 is placed on a movable stage 59 that can move in three dimensions. By controlling the movable stage 59, the relative position between the support substrate 50 and the nozzle 58 is adjusted.

［圧電体及び支持基板の目標厚］
振動板によってインク室の容積を変化させてノズルからインク滴を吐出する高精細の液体吐出ヘッドにおいて、吐出する液滴サイズと大きな発生圧力とを満たすためには、圧電体の厚みが５〜２０μｍで、振動板の厚みが５〜２０μｍであることが好ましい。 [Target thickness of piezoelectric body and support substrate]
In a high-definition liquid ejection head that ejects ink droplets from a nozzle by changing the volume of an ink chamber by a vibration plate, the thickness of the piezoelectric body is 5 to 20 μm in order to satisfy the ejected droplet size and the large generated pressure. And it is preferable that the thickness of a diaphragm is 5-20 micrometers.

即ち、高精細の液体吐出ヘッドを実現するために圧電体寸法を３００μｍ角、支持基板 (振動板）寸法を５００μｍ角とする。 That is, in order to realize a high-definition liquid discharge head, the size of the piezoelectric body is 300 μm square, and the size of the support substrate (vibration plate) is 500 μm square.

図４（Ａ）は上記条件下でのジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体の厚みと、変位体積及び発生圧との関係を示すグラフであり、同図（Ｂ）は振動板の厚みと、変位体積及び発生圧との関係を示すグラフである。 FIG. 4A is a graph showing the relationship between the thickness of a piezoelectric body made of lead zirconate titanate (PZT), the displacement volume, and the generated pressure under the above conditions, and FIG. It is a graph which shows the relationship between thickness, displacement volume, and generated pressure.

図４（Ａ）に示すように液体吐出ヘッドの液滴サイズ（体積目標）をｘピコリットル（ｐｌ）、圧力目標をｙメガパスカル（Ｍｐａ）とすると、体積目標及び圧力目標の両者を満足するＰＺＴの厚みは１０μｍとなる。 As shown in FIG. 4A, when the droplet size (volume target) of the liquid ejection head is x picoliter (pl) and the pressure target is y megapascal (Mpa), both the volume target and the pressure target are satisfied. The thickness of PZT is 10 μm.

同様に、図４（Ｂ）に示しように体積目標をｘ（ｐｌ）、圧力目標をｙ（Ｍｐａ）とすると、体積目標及び圧力目標の両者を満足する振動板の厚みは１５μｍとなる。 Similarly, as shown in FIG. 4B, when the volume target is x (pl) and the pressure target is y (Mpa), the thickness of the diaphragm that satisfies both the volume target and the pressure target is 15 μm.

このように、圧電体及び振動板の厚みは、それぞれ１０μｍ及び１５μｍが最も好ましいが、前述したように圧電体及び振動板の厚みがそれぞれ５〜２０μｍの許容範囲内にあれば、目標の液滴サイズ及び圧力をほぼ満足する。 As described above, the thickness of the piezoelectric body and the diaphragm is most preferably 10 μm and 15 μm, respectively. However, as described above, if the thickness of the piezoelectric body and the diaphragm is within the allowable range of 5 to 20 μm, the target droplet Almost satisfied with size and pressure.

尚、スパッタ法で製膜可能な厚みは３μｍ程度であるため、５〜２０μｍの厚膜のＰＺＴ圧電膜を製膜するには、ＡＤ法による製膜が好適である。 Since the thickness that can be formed by the sputtering method is about 3 μm, the AD method is preferable for forming a PZT piezoelectric film having a thickness of 5 to 20 μm.

［液体吐出ヘッドの製造方法］
図５は本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の実施の形態を示す製造工程図である。 [Liquid discharge head manufacturing method]
FIG. 5 is a manufacturing process diagram showing an embodiment of a method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention.

図５（Ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）からなる犠牲基板６１上にニッケル（Ｎｉ）からなる犠牲層６２を形成する。この犠牲層６２は蒸着法によって形成し、犠牲層６２の厚みは１０μｍとした。尚、犠牲基板６１は、Ｓｉ基板に限らず、例えばイットリウム安定化ジルコニア基板（YSZ 基板）など適宜選択可能である。また、犠牲層６２としては、Ｎｉに限らず、アルミニウム（Ａｌ），亜鉛（Ｚｎ），クロム（Ｃｒ）などが適用できる。 As shown in FIG. 5A, a sacrificial layer 62 made of nickel (Ni) is formed on a sacrificial substrate 61 made of silicon (Si). This sacrificial layer 62 was formed by vapor deposition, and the thickness of the sacrificial layer 62 was 10 μm. The sacrificial substrate 61 is not limited to the Si substrate, and can be appropriately selected, for example, an yttrium stabilized zirconia substrate (YSZ substrate). The sacrificial layer 62 is not limited to Ni, and aluminum (Al), zinc (Zn), chromium (Cr), or the like can be applied.

続いて、犠牲層６２上にＰＺＴ圧電膜６３を製膜する（図５（Ｂ））。このＰＺＴ圧電膜６３は、ＡＤ法によって厚みが１０μｍになるように製膜されている。 Subsequently, a PZT piezoelectric film 63 is formed on the sacrificial layer 62 (FIG. 5B). The PZT piezoelectric film 63 is formed by an AD method so as to have a thickness of 10 μm.

ここで、ＰＺＴの熱膨張係数は9.5×10^-6／°Ｃ、Ｓｉの熱膨張係数は3.5×10^-6／°Ｃ、Ｎｉの熱膨張係数は12.8×10^-6／°Ｃであり、また、ＰＺＴ圧電膜６３の製膜時の温度は６００°Ｃである。従って、Ｓｉの犠牲基板６１上にＰＺＴ圧電膜６３を直接製膜すると、室温に戻ったときに製膜温度と室温との温度差、及びＰＺＴとＳｉとの熱膨張係数の差（ＰＺＴ＞Ｓｉ）により、ＰＺＴ圧電膜６３には強い引っ張り方向の熱応力が働くが、犠牲基板６１上にＰＺＴよりも熱膨張係数の大きなＮｉの犠牲層６２を形成することにより、前記引っ張り方向の熱応力を相殺させることができる。Ｎｉの犠牲層６２の厚みが厚くなるにしたがって、仮想のＮｉ基板上にＰＺＴ圧電膜が製膜される状況に近くなり、この場合にはＰＺＴ圧電膜には圧縮方向の熱応力が働くようになる。従って、犠牲層の材料の選択（熱膨張係数の選択）及び厚みをコントロールすることで、ＰＺＴ圧電膜６３に熱応力が加わらないようにすることができる。 Here, the thermal expansion coefficient of PZT is 9.5 × 10 ⁻⁶ / ° C., the thermal expansion coefficient of Si is 3.5 × 10 ⁻⁶ / ° C., and the thermal expansion coefficient of Ni is 12.8 × 10 ⁻⁶ / ° C. The temperature at the time of forming the PZT piezoelectric film 63 is 600 ° C. Therefore, when the PZT piezoelectric film 63 is directly formed on the sacrificial substrate 61 of Si, the temperature difference between the film forming temperature and the room temperature when returning to room temperature, and the difference in the thermal expansion coefficient between PZT and Si (PZT> Si ), A strong tensile stress is exerted on the PZT piezoelectric film 63. However, by forming a Ni sacrificial layer 62 having a thermal expansion coefficient larger than that of PZT on the sacrificial substrate 61, the thermal stress in the pulling direction is reduced. Can be offset. As the thickness of the Ni sacrificial layer 62 increases, the PZT piezoelectric film is almost formed on a virtual Ni substrate. In this case, thermal stress in the compression direction acts on the PZT piezoelectric film. Become. Therefore, it is possible to prevent thermal stress from being applied to the PZT piezoelectric film 63 by controlling the material selection (thermal expansion coefficient selection) and thickness of the sacrificial layer.

尚、ＰＺＴ圧電膜６３の製膜温度が室温の場合や、犠牲基板の熱膨張係数がＰＺＴと同じであれば、上記のような熱応力は発生しないが、ＡＤ法で製膜される緻密構造のＰＺＴ圧電膜６３には、犠牲層６２との界面に強い圧縮応力（例えば、２００ＭＰａ）が働く。 If the film forming temperature of the PZT piezoelectric film 63 is room temperature or if the thermal expansion coefficient of the sacrificial substrate is the same as that of PZT, the above-described thermal stress does not occur, but the dense structure is formed by the AD method. A strong compressive stress (for example, 200 MPa) acts on the interface with the sacrificial layer 62 in the PZT piezoelectric film 63.

次に、ＰＺＴ圧電膜６３の内部応力開放及び性能向上のために、電気炉にて８００°Ｃでアニール処理する (図５（Ｃ））。アニール雰囲気は酸素もしくは大気中とする。 Next, in order to release the internal stress of the PZT piezoelectric film 63 and improve the performance, annealing is performed at 800 ° C. in an electric furnace (FIG. 5C). The annealing atmosphere is oxygen or air.

続いて、アニール後のＰＺＴ圧電膜６３上にスパッタ法にて３００ｎｍ厚の白金（Ｐｔ）の共通電極６４を形成する（図５（Ｄ））。尚、このときの共通電極６４は、リフトオフ法にてパターン化した。 Subsequently, a 300 nm-thick platinum (Pt) common electrode 64 is formed on the annealed PZT piezoelectric film 63 by sputtering (FIG. 5D). At this time, the common electrode 64 was patterned by a lift-off method.

その後、厚み１５μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を振動板６５として共通電極６４上に接着剤にて貼り付ける（図５（Ｅ））。そして、接着後の振動板６５の表面にエッチング液から保護するためのプロテクトワックスを塗布する。尚、振動板の材料は、ＳＵＳ４３０に限らず、適宜選択可能であり、特にアニール処理が終了しているため、振動板の材料選択に耐熱性材料の制約を受けることがない。 Thereafter, stainless steel (SUS430) having a thickness of 15 μm is attached to the common electrode 64 with an adhesive as the diaphragm 65 (FIG. 5E). Then, a protective wax is applied to the surface of the bonded diaphragm 65 to protect it from the etching solution. The material for the diaphragm is not limited to SUS430, and can be selected as appropriate. In particular, since the annealing process has been completed, the material selection for the diaphragm is not limited by the heat-resistant material.

次に、エッチング液（剥離液）として１０wt％の濃度の硝酸液を使用し、Ｎｉの犠牲層６２をエッチングにて取り払い、犠牲基板６１を剥離する（図５（Ｆ））。これにより、ＰＺＴ圧電膜６３、共通電極６４及び振動板６５の構造体が得られる。この構造体は、反りのほとんどないものであった。また、この構造体の反り量を、非特許文献１と同様に片持ち梁構造にて測定し、この測定した反り量からＰＺＴ圧電膜６３の膜応力値を算出すると、ＰＺＴ圧電膜６３の膜応力は、約２０ＭＰａの圧縮応力であり、実用上問題のないレベルであった。 Next, a nitric acid solution having a concentration of 10 wt% is used as an etching solution (peeling solution), the Ni sacrificial layer 62 is removed by etching, and the sacrificial substrate 61 is peeled off (FIG. 5F). As a result, a structure of the PZT piezoelectric film 63, the common electrode 64, and the diaphragm 65 is obtained. This structure was hardly warped. Further, when the amount of warpage of the structure is measured with a cantilever structure as in Non-Patent Document 1, and the film stress value of the PZT piezoelectric film 63 is calculated from the measured amount of warpage, the film of the PZT piezoelectric film 63 is obtained. The stress was a compressive stress of about 20 MPa, and it was a level with no practical problem.

即ち、ＰＺＴ圧電膜６３の製膜により発生していた膜応力は、ＰＺＴ圧電膜６３から犠牲基板６１を除去することによりほぼ解放されることが分かる。 That is, it can be seen that the film stress generated by the formation of the PZT piezoelectric film 63 is almost released by removing the sacrificial substrate 61 from the PZT piezoelectric film 63.

このようにして得られたＰＺＴ圧電膜６３、共通電極６４及び振動板６５の構造体の上に、予め準備していたＳＵＳ製の圧力室隔壁（５００μｍ角、高さ５００μｍ）６６を接着剤にて貼り付ける（図５（Ｇ））。 On the structure of the PZT piezoelectric film 63, the common electrode 64, and the diaphragm 65 obtained in this way, a pressure chamber partition (500 μm square, height 500 μm) 66 prepared in advance is used as an adhesive. (FIG. 5G).

続いて、ＰＺＴ圧電膜６３を圧力室６９に対応して５００μｍ角のサイズになるようにパターン化する（図５（Ｈ））。このパターン化は、ドライエッチングやサンドブラストにて行われる。更に、パターン化した各ＰＺＴ圧電膜６３上に、Ｐｔの個別電極６７をリフトオフ法にて形成する。 Subsequently, the PZT piezoelectric film 63 is patterned so as to have a size of 500 μm square corresponding to the pressure chamber 69 (FIG. 5H). This patterning is performed by dry etching or sand blasting. Further, an individual Pt electrode 67 is formed on each patterned PZT piezoelectric film 63 by a lift-off method.

最後に、ノズル６８Ａを有するノズルプレート６８を、圧力室隔壁６６を挟んで振動板６５と対向する面に接着剤にて貼り付け、液体吐出ヘッド６０を作製する（図５（Ｉ））。 Finally, the nozzle plate 68 having the nozzles 68A is attached to the surface facing the diaphragm 65 with the pressure chamber partition wall 66 interposed therebetween with an adhesive, and the liquid discharge head 60 is manufactured (FIG. 5I).

このようして作製した液体吐出ヘッド６０の振動板６５の反り量を測定すると、０．５μｍ以下であり、反りはほとんどなかった。また、この液体吐出ヘッドを駆動電圧４０Ｖ，４０ｋＨｚにて、１０¹¹個のドットの連続駆動試験を行ったところ、変位特性は変化せず、耐久性のよいものであった。 When the amount of warpage of the diaphragm 65 of the liquid discharge head 60 produced in this way was measured, it was 0.5 μm or less, and there was almost no warpage. Further, when this liquid discharge head was subjected to a continuous drive test of 10 ¹¹ dots at a drive voltage of 40 V and 40 kHz, the displacement characteristics did not change and the liquid discharge head had good durability.

［比較例］
１５μｍ厚のＳＵＳ振動板の上にＰｔ電極を形成した後にＰＺＴ圧電膜をＡＤ法にて１０μｍ形成した。製膜室から取り出したＳＵＳ振動板、Ｐｔ電極及びＰＺＴ圧電膜の構造体は大きく反っており、デバイス化の際のアライメイトが困難であった。尚、このときのＰＺＴ圧電膜の応力値を計測すると、１５０ＭＰａの圧縮応力が働いていた。また、このＰＺＴ圧電膜をデバイス化したものの耐久性を調べたところ、１０⁹個のドット以上の駆動で、初期変位量の７０％以下となり、特性の劣化が認められた。 [Comparative example]
After forming a Pt electrode on a 15 μm thick SUS diaphragm, a PZT piezoelectric film was formed to 10 μm by the AD method. The structure of the SUS diaphragm, the Pt electrode, and the PZT piezoelectric film taken out from the film forming chamber was greatly warped, and it was difficult to align the device. When the stress value of the PZT piezoelectric film at this time was measured, a compressive stress of 150 MPa was working. Further, when the durability of the PZT piezoelectric film formed as a device was examined, it was found that when it was driven with 10 ⁹ dots or more, it became 70% or less of the initial displacement, and the characteristics were deteriorated.

尚、この実施の形態では、犠牲基板上に犠牲層を形成し、この犠牲層をエッチングにて取り払うことで犠牲基板をＰＺＴ圧電膜から剥離するようにしたが、これに限らず、研磨にて犠牲基板を除去するようにしてもよい。また、この場合には、犠牲基板上に犠牲層を形成しなくてもよい。 In this embodiment, a sacrificial layer is formed on the sacrificial substrate, and the sacrificial layer is removed by etching to remove the sacrificial substrate from the PZT piezoelectric film. The sacrificial substrate may be removed. In this case, the sacrificial layer may not be formed on the sacrificial substrate.

また、犠牲基板を除去する工程は、アニール処理からＰＺＴ圧電膜のパターン化までの工程のいずれの段階で行ってもよいが、振動板の形成前の場合には、薄いＰＺＴ圧電膜のみが残り、ＰＺＴ圧電膜が割れやすく、ハンドリングしにくくなるため、好ましくは振動板の形成以降に犠牲基板を除去した方がよい。 Further, the process of removing the sacrificial substrate may be performed at any stage from the annealing process to the patterning of the PZT piezoelectric film, but only the thin PZT piezoelectric film remains before the diaphragm is formed. Since the PZT piezoelectric film is easily broken and difficult to handle, the sacrificial substrate is preferably removed after the formation of the diaphragm.

更に、本発明に係る液体吐出ヘッドは、記録紙にインクを吐出するライン型インクジェットヘッドとして使用される場合について説明したが、これに限らず、ヘッドが印字媒体の送り方向と直交する方向に往復移動するシャトル型のヘッドにも適用できる。また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、記録媒体に処理液又は水を噴射することによる画像形成用ヘッドとして、また、基材に塗布液を噴射することで画像記録媒体を形成するための液体吐出ヘッドとして用いても良い。 Furthermore, the liquid discharge head according to the present invention has been described as being used as a line-type inkjet head that discharges ink onto recording paper. However, the present invention is not limited to this, and the head reciprocates in a direction perpendicular to the print medium feeding direction. It can also be applied to a shuttle-type head that moves. The liquid discharge head according to the present invention is a liquid for forming an image recording medium as an image forming head by ejecting a treatment liquid or water onto a recording medium, or by ejecting a coating liquid onto a substrate. It may be used as a discharge head.

図１は本発明に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ink jet recording apparatus according to the present invention. 図２は図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。FIG. 2 is a plan view of the main part around the printing unit of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 図３はＡＤ法による製膜装置を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a film forming apparatus using the AD method. 図４（Ａ）はジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体の厚みと変位体積及び発生圧との関係を示すグラフであり、図４（Ｂ）は振動板の厚みと変位体積及び発生圧との関係を示すグラフである。4A is a graph showing the relationship between the thickness of a piezoelectric body made of lead zirconate titanate (PZT), the displacement volume, and the generated pressure, and FIG. 4B is the thickness, displacement volume, and generation of the diaphragm. It is a graph which shows the relationship with a pressure. 図５は本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の実施の形態を示す製造工程図である。FIG. 5 is a manufacturing process diagram showing an embodiment of a method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ…ヘッド、６０…液体吐出ヘッド、６１…犠牲基板、６２…犠牲層、６３…ＰＺＴ圧電膜、６４…共通電極、６５…振動板、６６…圧力室隔壁、６７…個別電極、６８…ノズルプレート、６８Ａ…ノズル、６９…圧力室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Inkjet recording device, 12 ... Printing part, 12K, 12C, 12M, 12Y ... Head, 60 ... Liquid discharge head, 61 ... Sacrificial substrate, 62 ... Sacrificial layer, 63 ... PZT piezoelectric film, 64 ... Common electrode, 65 ... Diaphragm, 66 ... Pressure chamber partition, 67 ... Individual electrode, 68 ... Nozzle plate, 68A ... Nozzle, 69 ... Pressure chamber

Claims

液体が充填される圧力室と、前記圧力室から液体を吐出するためのノズルと、前記圧力室内の容積を変化させるための振動板と、前記振動板上にエアロゾルデポジション法によって形成された圧電膜とを有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記振動板及び圧電膜の厚みがそれぞれ５μｍ以上２０μｍ以下であり、
非動作時における前記圧電膜の膜応力値が±１００ＭＰａ以内であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A pressure chamber filled with a liquid, a nozzle for discharging the liquid from the pressure chamber, a diaphragm for changing the volume of the pressure chamber, and a piezoelectric element formed on the diaphragm by an aerosol deposition method In a liquid discharge head having a film,
Each of the diaphragm and the piezoelectric film has a thickness of 5 μm or more and 20 μm or less,
A liquid discharge head, wherein a film stress value of the piezoelectric film during non-operation is within ± 100 MPa.

前記振動板は、一辺の長さが２００μｍから６００μｍの矩形の平面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。 The liquid ejection head according to claim 1, wherein the vibration plate has a rectangular planar shape with a side length of 200 μm to 600 μm.

前記圧電膜は、一辺の長さが２００μｍから６００μｍの矩形の平面形状を有し、前記振動板のサイズ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。 3. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the piezoelectric film has a rectangular planar shape with a side length of 200 μm to 600 μm and is equal to or smaller than the size of the diaphragm. 4.

犠牲基板上に圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜を熱処理する工程と、
前記圧電膜上に電極を形成する工程と、
前記熱処理の工程以降に前記電極上に振動板を形成する工程と、
前記熱処理の工程以降に前記圧電膜から前記犠牲基板を除去する工程と、
前記振動板上に圧力室隔壁を形成する工程と、
前記犠牲基板が除去された前記圧電膜の面に他の電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 Forming a piezoelectric film on the sacrificial substrate;
Heat treating the piezoelectric film;
Forming an electrode on the piezoelectric film;
Forming a diaphragm on the electrode after the heat treatment step;
Removing the sacrificial substrate from the piezoelectric film after the heat treatment step;
Forming a pressure chamber partition on the diaphragm;
Forming another electrode on the surface of the piezoelectric film from which the sacrificial substrate has been removed;
A method for manufacturing a liquid discharge head, comprising:

前記圧電膜を形成する工程は、エアロゾルデポジション法により圧電原料の粉体を含むエアロゾルを前記犠牲基板上に噴射し、該犠牲基板上に粉体を堆積させて圧電膜を形成することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The step of forming the piezoelectric film is characterized by spraying an aerosol containing piezoelectric raw material powder onto the sacrificial substrate by an aerosol deposition method and depositing the powder on the sacrificial substrate to form the piezoelectric film. A method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 4.

前記犠牲基板は、該犠牲基板上に犠牲層が形成されたものを含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 6. The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 4, wherein the sacrificial substrate includes a sacrificial layer formed on the sacrificial substrate.

前記犠牲層は、前記犠牲基板よりもエッチングが容易な材料からなり、前記犠牲基板を除去する工程は、前記犠牲層をエッチングすることにより前記犠牲基板を剥離することを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The sacrificial layer is made of a material that is easier to etch than the sacrificial substrate, and the step of removing the sacrificial substrate includes peeling the sacrificial substrate by etching the sacrificial layer. A method for manufacturing the liquid discharge head described above.

前記犠牲基板を除去する工程は、前記犠牲基板を研磨して除去することを特徴とする請求項４又は５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 6. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 4, wherein the step of removing the sacrificial substrate comprises polishing and removing the sacrificial substrate.