JP2009045871A - Ink jet head, manufacturing method of ink jet head, and ink jet recorder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気機械変換機能を呈する圧電体素子を用いてインク滴を吐出させるインクジェットヘッド、上記インクジェットヘッドの製造方法、及び上記インクジェットヘッドを印字手段として備えるインクジェット式記録装置に関する。 The present invention relates to an inkjet head that ejects ink droplets using a piezoelectric element that exhibits an electromechanical conversion function, a method for manufacturing the inkjet head, and an inkjet recording apparatus that includes the inkjet head as a printing unit.
オンデマンド型インクジェットヘッドは、インク吐出させるために電気機械変換機能を呈する圧電体素子を用いるタイプのものと、発熱体素子を用いるサーマルタイプの２種類に大別される。このうち圧電体素子を用いるタイプのものは、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、あるいは電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する圧電体をその厚み方向に２つの電極で挟んでなる積層体である圧電体素子と、圧電体素子で発生したエネルギーを有効にインクに伝えるために設けた振動板と、インクを収納する圧力室部材を備えている。圧力室で加圧されたインクは圧力室と連通したノズル（インク吐出孔）より所定量のインク滴となって吐出され、紙等の媒体に印字される。このような構成のインクジェットヘッドは従来より広く用いられている（例えば（特許文献１））。 On-demand type ink jet heads are roughly classified into two types: a type using a piezoelectric element that exhibits an electromechanical conversion function for discharging ink, and a thermal type using a heating element. Among these, the type using a piezoelectric element is a laminate in which a piezoelectric body that converts mechanical energy into electrical energy or a piezoelectric body that converts electrical energy into mechanical energy is sandwiched between two electrodes in the thickness direction. A piezoelectric element, a vibration plate provided for effectively transmitting energy generated in the piezoelectric element to ink, and a pressure chamber member for storing ink. The ink pressurized in the pressure chamber is ejected as a predetermined amount of ink droplets from a nozzle (ink ejection hole) communicating with the pressure chamber, and is printed on a medium such as paper. An ink jet head having such a configuration has been widely used (for example, (Patent Document 1)).
このようなインクジェットヘッドでは、従来、圧電体素子と振動板を形成した後に、別部材の圧力室部材を接着剤を用いて接着して形成していた。 In such an ink jet head, conventionally, after forming a piezoelectric element and a diaphragm, a pressure chamber member, which is a separate member, is bonded using an adhesive.
近年インクジェットヘッドに対する小型化、高密度化の要求によりヘッドを構成する部材も更に小型化、薄型化が進み、部材の加工精度や組立て精度には高い精度が求められている。例えば圧電体素子を構成する圧電体は、従来、焼結体を研削等の機械加工によって形成されていたが、スパッタ法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ）や化学的気相成長法（ＣＶＤ）、ゾルゲル法等のスピンコート法等で形成されるようになり、従来の焼結体と比較して、圧電体の膜厚を精度良く、ばらつきが少なく形成できる。またフォトリソグラフィーやドライエッチング等による微細加工が適用できるため、素子の小型化、高密度化が達成できるとともに、高精度な加工が可能となっている（例えば（特許文献２））。 In recent years, due to demands for miniaturization and high density of ink jet heads, members constituting the head are further miniaturized and thinned, and high precision is required for processing accuracy and assembly accuracy of the members. For example, a piezoelectric body constituting a piezoelectric element has been conventionally formed by machining such as grinding of a sintered body, but a physical vapor deposition method (PVD) such as a sputtering method or a chemical vapor deposition method ( CVD), a spin coating method such as a sol-gel method, and the like, and the film thickness of the piezoelectric body can be formed with high accuracy and less variation compared to a conventional sintered body. Further, since microfabrication by photolithography, dry etching, or the like can be applied, miniaturization and high density of the element can be achieved and high-precision processing is possible (for example, (Patent Document 2)).
更に、これに続けて設けられる振動板も同様に、スパッタ法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ）や化学的気相成長法（ＣＶＤ）、ゾルゲル法等のスピンコート法等で形成されるため、高精度な形成が可能となっている。 Further, the diaphragm provided subsequently is similarly formed by a physical vapor deposition method (PVD) such as a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD), a spin coating method such as a sol-gel method, or the like. Therefore, highly accurate formation is possible.
これに対して圧力室部材の形成は圧力室部材を別体で形成し、圧電体素子の位置に合わせてアライメントを行った状態で接着を行なっていた（例えば（特許文献３））。 On the other hand, the pressure chamber member was formed by forming the pressure chamber member as a separate body and performing alignment in accordance with the position of the piezoelectric element (for example, (Patent Document 3)).
この接着精度についてはインクジェットヘッドの高密度化を行う上で、接着面積の減少や接着材のはみ出しの許容性から要求が非常に厳しくなっている。
圧力室部材そのものは例えば上述したような電気メッキ法により形成し、貼り付けやすく、形状に特徴のある部材を作成したり、更に高精度な部材形成が可能であるシリコンを、エッチング加工により形成する微細加工法を採用することで、高精度な部材加工が可能となっている。 The pressure chamber member itself is formed by, for example, the electroplating method as described above, and is formed by etching to form a member that is easy to paste and has a characteristic shape, or that can form a member with higher accuracy. By adopting a fine processing method, high-precision member processing is possible.
しかしながら圧電体素子と圧力室の位置をアライメントして接着を行う場合、接着後の位置ずれや、接着剤のはみ出しにより、組立て精度が十分確保できないといった課題が生じていた。この課題にはアライメント精度や塗布する接着剤の塗布量や塗布工法、接着時の接着工法等の製造工程に起因する問題や、圧力室部材と振動板や圧電体素子との線膨張係数の違いから生じる部材の反りやその反りに起因する剥離といった部材の組み合わせによるものなど、多くの解決すべき問題点が存在する。 However, when bonding is performed by aligning the positions of the piezoelectric element and the pressure chamber, there has been a problem that sufficient assembly accuracy cannot be ensured due to positional displacement after bonding or protrusion of the adhesive. This problem includes problems caused by the manufacturing process such as alignment accuracy, the amount of adhesive to be applied, the coating method, the bonding method at the time of bonding, and the difference in linear expansion coefficient between the pressure chamber member and the diaphragm or piezoelectric element. There are many problems to be solved, such as those caused by a combination of members such as warpage of a member caused by the warpage and peeling caused by the warpage.
また圧力室は振動板と圧力室部材で形成された隔壁で構成され、インクを収納し、圧電体素子のエネルギーを有効にインクに加圧する必要がある。振動板は圧電体素子の機械的な変位を有効に伝達するとともに、振動による破壊等によりインクが漏れないようにする必要がある。また圧力室部材で構成される隔壁部は、高密度化に従い隔壁の厚みが薄くなると、圧電体素子の振動が隣の素子や圧力室に干渉を与えるクロストーク現象が発生し、インクの吐出特性に悪影響を与える。 Further, the pressure chamber is composed of a partition formed by a diaphragm and a pressure chamber member, and needs to store ink and effectively pressurize the energy of the piezoelectric element to the ink. The diaphragm is required to effectively transmit the mechanical displacement of the piezoelectric element, and to prevent ink from leaking due to destruction caused by vibration. In addition, when the partition wall made up of pressure chamber members becomes thinner as the density increases, the crosstalk phenomenon in which the vibration of the piezoelectric element interferes with the adjacent element or pressure chamber occurs, and the ink ejection characteristics Adversely affects.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、インクジェットヘッドの小型化、高密度化を達成するために、特に圧電体素子の機械的変位を有効に伝達する、高性能で信頼性の高い振動板、そして高い組立て精度かつばらつきの少ない圧力室を有する圧力室部材を備えるインクジェットヘッドの提供、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 the above problems, and in order to achieve the miniaturization and high density of the inkjet head, in particular, it effectively transmits the mechanical displacement of the piezoelectric element, and has high performance and reliability. An object of the present invention is to provide an ink jet head including a pressure chamber member having a high vibration plate and a pressure chamber member having high assembly accuracy and little variation, and a method for manufacturing the ink jet head.
更に本発明は、このような高性能なインクジェットヘッドを備えるインクジェット式記録装置を提供することを目的とする。 A further object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus having such a high performance ink jet head.
上記目的を達成するために、本発明のインクジェットヘッドは、圧電体素子と、この圧電体素子に設けられた振動板と、この振動板の圧電体素子とは反対側に設けられ、インクを収容する圧力室部材とを備え、振動板を膜厚方向に少なくとも２つの異なる材料を積層して構成し、振動板のインクと接する部分と圧力室部材を主成分が同一の材料で構成したものである。 In order to achieve the above object, an ink jet head according to the present invention is provided with a piezoelectric element, a diaphragm provided on the piezoelectric element, and provided on the opposite side of the diaphragm from the piezoelectric element. A pressure chamber member that is configured by laminating at least two different materials in the film thickness direction, and a portion of the vibration plate that is in contact with ink and the pressure chamber member are composed of the same material. is there.
本発明によるインクジェットヘッドの構成によれば、インクジェットヘッドの高密度化が図れるとともに、インク吐出性能に優れたインクジェットヘッドを提供することが可能となる。 According to the configuration of the ink jet head according to the present invention, it is possible to increase the density of the ink jet head and provide an ink jet head excellent in ink ejection performance.
本発明のインクジェットヘッドは、圧電体素子と、この圧電体素子に設けられた振動板と、この振動板の圧電体素子とは反対側に設けられ、インクを収容する圧力室部材とを備え、振動板を膜厚方向に少なくとも２つの異なる材料を積層して構成し、振動板のインクと接する部分と圧力室部材を主成分が同一の材料で構成したものである。 An ink jet head of the present invention includes a piezoelectric element, a diaphragm provided on the piezoelectric element, and a pressure chamber member that is provided on the opposite side of the diaphragm from the piezoelectric element and accommodates ink. The diaphragm is formed by laminating at least two different materials in the film thickness direction, and the portion of the diaphragm in contact with ink and the pressure chamber member are composed of the same material.
これによって圧電体の変位を有効にインクに伝えることができ、各ノズル間のばらつきの少ない安定した吐出特性を実現することができる。 Accordingly, the displacement of the piezoelectric body can be effectively transmitted to the ink, and stable ejection characteristics with little variation between the nozzles can be realized.
また本発明は、電極間に圧電体を備える圧電体素子と、この圧電体素子のいずれかの電極の面に設けられた振動板と、この振動板の圧電体素子とは反対側の面に設けられ、インクを収容する圧力室の隔壁を構成する圧力室部材とを備え、振動板を膜厚方向に少なくとも２つの異なる材料を積層して構成し、振動板のインクと接する層と圧力室部材を主成分が同一の材料で構成したものである。 The present invention also provides a piezoelectric element having a piezoelectric body between electrodes, a diaphragm provided on the surface of any one of the piezoelectric elements, and a surface of the diaphragm opposite to the piezoelectric element. And a pressure chamber member that constitutes a partition wall of a pressure chamber for containing ink, the vibration plate is configured by laminating at least two different materials in the film thickness direction, and a layer in contact with the ink of the vibration plate and the pressure chamber The member is made of the same material as the main component.
これによって圧電体の変位を有効にインクに伝えることができ、各ノズル間のばらつきの少ない安定した吐出特性を実現することができる。 Accordingly, the displacement of the piezoelectric body can be effectively transmitted to the ink, and stable ejection characteristics with little variation between the nozzles can be realized.
また本発明は、振動板の各層を異なる種類の金属膜で構成したものである。 In the present invention, each layer of the diaphragm is formed of different types of metal films.
これによって、振動板の強度を保てるとともに、振動板の特性を調整することができる。 Thereby, the strength of the diaphragm can be maintained and the characteristics of the diaphragm can be adjusted.
また本発明は、振動板の各層の一を樹脂膜で構成したものである。 In the present invention, one of the layers of the diaphragm is constituted by a resin film.
これによって、圧力室から圧電体素子へのインクの浸入を防ぐことができる。 Accordingly, it is possible to prevent ink from entering the piezoelectric element from the pressure chamber.
また本発明は、振動板において、圧電体素子側に設けられている金属膜のヤング率を他方の金属膜より小さくしたものである。 Further, according to the present invention, in the diaphragm, the Young's modulus of the metal film provided on the piezoelectric element side is made smaller than that of the other metal film.
これによって、振動板の特性を調整でき、高い吐出特性を実現することができる。 Thereby, the characteristics of the diaphragm can be adjusted, and high discharge characteristics can be realized.
また本発明は、振動板の各層の一を脆性材料で構成したものである。 In the present invention, one of the layers of the diaphragm is made of a brittle material.
これによって、振動板の特性を調整でき、高い吐出特性を実現することができる。 Thereby, the characteristics of the diaphragm can be adjusted, and high discharge characteristics can be realized.
また本発明は、圧力室部材を主にＮｉ、Ｃｒ、Ｃｕ又はそれらの合金で構成したものである。 In the present invention, the pressure chamber member is mainly composed of Ni, Cr, Cu or an alloy thereof.
これによって、圧力室部材、特に圧力室部材の隔壁部の剛性が高くなり、隣接する他の圧力室への干渉をなくすことができる。 As a result, the rigidity of the pressure chamber member, in particular, the partition wall of the pressure chamber member is increased, and interference with other adjacent pressure chambers can be eliminated.
また本発明は、圧力室部材をＮｉで構成するとともに、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｒｕのいずれかを添加したものである。 In the present invention, the pressure chamber member is made of Ni and any one of Co, Mo, and Ru is added.
これによって、圧力室部材、特に圧力室部材の隔壁部の剛性を更に高くでき、隣接する他の圧力室への干渉をなくすことができる。 As a result, the rigidity of the pressure chamber member, in particular, the partition wall of the pressure chamber member can be further increased, and interference with other adjacent pressure chambers can be eliminated.
また本発明は、圧力室部材の硬度（Ｈｖ）を４００〜６００としたものである。 In the present invention, the pressure chamber member has a hardness (Hv) of 400 to 600.
これによって、圧力室部材、特に圧力室部材の隔壁部の剛性の確保と、圧力室形成時の成形性、加工性の両立を実現することができる。 As a result, it is possible to achieve both of ensuring the rigidity of the pressure chamber member, particularly the partition wall portion of the pressure chamber member, and the formability and workability when forming the pressure chamber.
また本発明は、圧電体素子を、一組の電極と、この電極間に設けられた圧電体で構成し、電極に覆われ、圧電体を実際に駆動する領域である圧電能動部の領域の外周から略等距離間隔大きい相似形状により形成された圧力室を複数列に並設したものである。 In the present invention, the piezoelectric element is composed of a pair of electrodes and a piezoelectric body provided between the electrodes, and is covered with the electrodes, and is an area of the piezoelectric active portion that is an area for actually driving the piezoelectric body. The pressure chambers formed in a similar shape having a substantially equal distance from the outer periphery are arranged in a plurality of rows.
これによって、圧力室を効率的に高密度配置することができる。 Thereby, the pressure chambers can be efficiently arranged in high density.
また本発明は、電極に覆われ、圧電体を実際に駆動する領域である圧電能動部の領域の外周から略等距離間隔大きい相似形状により形成された圧力室を複数列に並設したものである。 In the present invention, pressure chambers that are covered with electrodes and formed in a similar shape having a substantially equal distance from the outer periphery of the region of the piezoelectric active portion, which is the region that actually drives the piezoelectric body, are arranged in multiple rows. is there.
これによって、圧力室を効率的に高密度配置することができる。 Thereby, the pressure chambers can be efficiently arranged in high density.
また本発明は、圧力室に挟まれた圧力室隔壁の断面形状を、振動板側が広く、圧力室の開口部に向かって狭くなる台形形状としたものである。 In the present invention, the cross-sectional shape of the pressure chamber partition wall sandwiched between the pressure chambers is a trapezoidal shape that is wide on the diaphragm side and narrows toward the opening of the pressure chamber.
これによって、圧力室内に吐出時に気泡が発生しにくくなり、インクの流体抵抗が少なく、スムーズな流れとなる。 As a result, bubbles are less likely to be generated during ejection in the pressure chamber, and the fluid resistance of the ink is small, resulting in a smooth flow.
また本発明は、圧力室部材の開口部側表面の反射率を６０％以上としたものである。 In the present invention, the reflectance of the opening side surface of the pressure chamber member is set to 60% or more.
これによって、開口部側を他の部材と接着性のよい表面状態とすることができる。 As a result, the opening side can be brought into a surface state with good adhesion to other members.
また本発明のインクジェットヘッドは、電極間に圧電体を備える圧電体素子と、この圧電体素子のいずれかの電極の面に設けられた振動板と、この振動板の圧電体素子とは反対側の面に設けられ、インクを収容する圧力室の隔壁を構成する圧力室部材とを備え、圧電体素子の圧電効果により振動板を膜厚方向に変位させて圧力室のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドであって、圧力室部材を振動板に直接形成したものである。 The inkjet head of the present invention includes a piezoelectric element having a piezoelectric body between electrodes, a diaphragm provided on the surface of any one of the piezoelectric elements, and a side of the diaphragm opposite to the piezoelectric element. And a pressure chamber member that constitutes a partition wall of a pressure chamber that contains ink, and the diaphragm is displaced in the film thickness direction by the piezoelectric effect of the piezoelectric element so that ink in the pressure chamber is ejected. The ink jet head is configured by directly forming a pressure chamber member on a diaphragm.
これによって、圧力室隔壁を高精度かつ高密度に形成することができる。 Thereby, the pressure chamber partition can be formed with high accuracy and high density.
また本発明は、圧力室部材を電気メッキ法によって振動板に直接形成したものである。 In the present invention, the pressure chamber member is directly formed on the diaphragm by electroplating.
これによって、圧力室隔壁を高精度かつ高密度に形成することができる。 Thereby, the pressure chamber partition can be formed with high accuracy and high density.
また本発明は、振動板が樹脂層を含み、樹脂層が電着法により形成されているものである。 In the present invention, the diaphragm includes a resin layer, and the resin layer is formed by an electrodeposition method.
これによって、樹脂層を均一に、ピンホール等の欠陥がなく形成することができる。 Thereby, the resin layer can be formed uniformly and without defects such as pinholes.
また本発明は、樹脂層の上に圧力室部材と同一材料の金属膜が形成されているものである。 In the present invention, a metal film made of the same material as the pressure chamber member is formed on the resin layer.
これによって、金属膜がメッキのシード層として圧力室部材を形成することができる。 Thus, the pressure chamber member can be formed as a seed layer for plating the metal film.
また本発明は、樹脂層の上に圧力室部材とは異なる材料で構成される密着層を設けたものである。 Moreover, this invention provides the contact | adherence layer comprised with the material different from a pressure chamber member on a resin layer.
これによって、圧力室部材の作成時に剥離等のメッキ工程での不良を防止することができる。 Thereby, it is possible to prevent defects in the plating process such as peeling when the pressure chamber member is formed.
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、電極間に圧電体を設けた圧電体素子と、この圧電体素子のいずれかの電極の面に設けられた振動板と、この振動板の圧電体素子とは反対側の面に設けられ、インクを収容する圧力室の隔壁を構成する圧力室部材とを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、振動板上にドライフィルムレジストを貼り付ける工程と、ドライフィルムレジストを露光、現像して所定のパターンに形成する工程と、パターンにドライフィルムレジストの厚みより厚い膜厚で電気メッキ法により圧力室部材を形成する工程と、電気メッキ後に研削法により圧力室部材を所定の厚みにする工程と、ドライフィルムレジストを除去する工程を有するものである。 A method of manufacturing an ink jet head according to the present invention includes a piezoelectric element provided with a piezoelectric body between electrodes, a diaphragm provided on the surface of any one of the piezoelectric elements, and a piezoelectric element of the diaphragm. Is a method of manufacturing an ink-jet head having a pressure chamber member provided on the opposite surface and constituting a partition of a pressure chamber containing ink, the step of attaching a dry film resist on a diaphragm, A step of exposing and developing the film resist to form a predetermined pattern; a step of forming a pressure chamber member by electroplating with a film thickness larger than the thickness of the dry film resist on the pattern; and a pressure chamber by grinding after electroplating It has the process of making a member into predetermined thickness, and the process of removing a dry film resist.
これにより圧力室部材を精度良く、高密度に作成することが可能となる。 As a result, the pressure chamber member can be formed with high accuracy and high density.
また本発明は、電気メッキ法により圧力室部材を形成する工程において、印加する電流密度を４〜１４Ａ／ｄｍ2としたものである。 In the present invention, the applied current density is set to 4 to 14 A / dm 2 in the step of forming the pressure chamber member by electroplating.
これによって、圧力室部材の材質や内部応力を適切に調整することが可能となる。 Thereby, the material and internal stress of the pressure chamber member can be appropriately adjusted.
また本発明は、電気メッキ法により圧力室部材を形成する工程のメッキ浴の応力管理を、加工物とは別の試験片の反り量から算出した応力により行うようにしたものである。 In the present invention, the stress management of the plating bath in the step of forming the pressure chamber member by the electroplating method is performed by the stress calculated from the warpage amount of the test piece different from the workpiece.
これによって、圧力室部材の内部応力を管理することが可能となる。 As a result, the internal stress of the pressure chamber member can be managed.
また本発明は、電気メッキ法により圧力室部材を形成工程のメッキ浴の温度を３０〜５０℃としたものである。 Moreover, this invention sets the temperature of the plating bath of a formation process of a pressure chamber member to 30-50 degreeC by the electroplating method.
これによって、圧力室部材の材質や内部応力を適切に調整することが可能となる。 Thereby, the material and internal stress of the pressure chamber member can be appropriately adjusted.
本発明のインクジェット式記録装置は、上述のインクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、この相対移動手段によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズル孔から、圧力室に収容されたインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成したものである。 An ink jet recording apparatus of the present invention includes a relative moving unit that relatively moves the above-described ink jet head and a recording medium, and the ink jet head is moved relative to the recording medium by the relative moving unit. Recording is performed by ejecting the ink contained in the pressure chamber to a recording medium from a nozzle hole provided in the head so as to communicate with the pressure chamber.
これによって、高性能かつ高精度な吐出性能を有するインクジェット式記録装置を提供することができる。 Thus, an ink jet recording apparatus having high performance and high accuracy discharge performance can be provided.
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を図面に基づいて詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの要部を模式的に示す要部断面図である。 FIG. 1 is a main part sectional view schematically showing the main part of the ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention.
図１において、Ａは圧力室部材、Ｂは圧電体素子部、Ｃはインク流路部材、Ｄはノズル板である。 In FIG. 1, A is a pressure chamber member, B is a piezoelectric element part, C is an ink flow path member, and D is a nozzle plate.
圧力室部材Ａには、その厚み方向に（上下方向に）貫通する圧力発生室２の開口部１ａ及び開口部１ｂが形成されている。 The pressure chamber member A is formed with an opening 1a and an opening 1b of the pressure generating chamber 2 penetrating in the thickness direction (vertical direction).
開口部１ａ側では、上電極６、圧電体層５、下電極４で構成される圧電体素子部Ｂに対して、第１の振動板３ａと第２の振動板３ｂを備える振動板３が圧力発生室２の開口部１ａを覆うように配置され、一方、開口部１ｂを覆うようにインク流路部材Ｃが配置されている。このように、実質的に圧力室部材Ａによって規定される圧力発生室２の開口部１ａ及び開口部１ｂは、その上下にそれぞれ位置する振動板３及びインク流路部材Ｃにより閉塞されることで圧力発生室２とされている。 On the side of the opening 1a, the diaphragm 3 including the first diaphragm 3a and the second diaphragm 3b with respect to the piezoelectric element portion B composed of the upper electrode 6, the piezoelectric layer 5, and the lower electrode 4 is provided. The ink flow path member C is disposed so as to cover the opening 1b of the pressure generating chamber 2 while covering the opening 1b. As described above, the opening 1a and the opening 1b of the pressure generating chamber 2 substantially defined by the pressure chamber member A are closed by the vibration plate 3 and the ink flow path member C positioned above and below, respectively. The pressure generating chamber 2 is used.
インク流路部材Ｃは、インク供給方向（図１の紙面に対して垂直な方向）に並ぶ圧力発生室２（図３を参照。図３では方向Ｉに並んでいる）で共用する共通液室１０５と、この共通液室１０５のインクを圧力発生室２に供給するための供給口１０６と、圧力発生室２のインクを吐出させるためのインク流路１０７とを有している。 The ink flow path member C is a common liquid chamber shared by the pressure generating chambers 2 (see FIG. 3 and aligned in the direction I in FIG. 3) arranged in the ink supply direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1). 105, a supply port 106 for supplying the ink in the common liquid chamber 105 to the pressure generating chamber 2, and an ink flow path 107 for discharging the ink in the pressure generating chamber 2.
ノズル板Ｄには、インク流路１０７に連通するノズル孔１０８が形成されている。 A nozzle hole 108 communicating with the ink flow path 107 is formed in the nozzle plate D.
図２は本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの圧電体素子部Ｂと圧力発生室２の配列及び平面位置関係を示す平面図である。 FIG. 2 is a plan view showing the arrangement and planar positional relationship between the piezoelectric element portion B and the pressure generating chamber 2 of the ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention.
図３は本発明の実施の形態１に係る圧電体素子部Ｂ、振動板３、圧力室部材Ａ等の構成及び配列を示す要部断面図である。図３は図２のＱ−Ｑ断面に相当する。なお、図１は図２のＰ−Ｐ断面に相当する。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part showing the configuration and arrangement of the piezoelectric element portion B, the diaphragm 3, the pressure chamber member A, and the like according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 corresponds to the QQ cross section of FIG. Note that FIG. 1 corresponds to a P-P cross section of FIG.
以下、図２と図３を用いて、実施の形態１に係るインクジェットヘッドについて詳細に説明する。 Hereinafter, the ink jet head according to Embodiment 1 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
図２において上電極６で覆われた領域は、図３に示すように圧電体層５、下電極４とオーバーラップされた領域となり、上電極６と下電極４間に電圧を印加することで圧電体層５が実質的に駆動される圧電体能動部９の領域を形成する。この圧電体能動部９の領域の外周から、略等距離間隔大きい相似形状により圧力発生室２の領域が形成される。即ち、圧電体能動部９の外側に圧力発生室２の外縁（言い換えれば開口部１ａの外縁）が存在する。 In FIG. 2, the region covered with the upper electrode 6 is a region overlapped with the piezoelectric layer 5 and the lower electrode 4 as shown in FIG. 3, and a voltage is applied between the upper electrode 6 and the lower electrode 4. A region of the piezoelectric active portion 9 in which the piezoelectric layer 5 is substantially driven is formed. A region of the pressure generating chamber 2 is formed from the outer periphery of the region of the piezoelectric active portion 9 with a similar shape having a substantially equal distance interval. That is, the outer edge of the pressure generating chamber 2 (in other words, the outer edge of the opening 1a) exists outside the piezoelectric active part 9.
この構成により圧電体層５の変位を圧力発生室２に充填されたインクに均一に効率よく伝えることができ、高くて安定した吐出性能が発揮できる。更に圧電体素子部Ｂを高密度に配列することができ、インクジェットヘッドの高密度化が図れる。 With this configuration, the displacement of the piezoelectric layer 5 can be uniformly and efficiently transmitted to the ink filled in the pressure generating chamber 2, and high and stable ejection performance can be exhibited. Furthermore, the piezoelectric element portions B can be arranged with high density, and the density of the ink jet head can be increased.
また上電極６はリード配線７と接続され、リード配線７の他端のパッド部（図示せず）において、ＦＰＣとの実装配線や、ワイヤーボンディングにより配線され、電源部（図示せず）からの給電を行う。リード配線７は上電極６を形成するプロセスにおいて、上電極６から延設して形成されてもよいが、より導電性の高いＡｕ等の配線を別のプロセスで形成し、上電極６と接続する方法をとってもよい。またリード配線７と下電極４がオーバーラップする場合は、その間にＳｉＯ2等の酸化物やポリイミド等の有機絶縁材料を形成して絶縁体層１１を形成する。絶縁体層１１は上下電極のいずれかと圧電体層５の間に形成され、圧電体能動部９の領域より外側の領域に形成される。 Further, the upper electrode 6 is connected to the lead wiring 7, and is mounted on the pad portion (not shown) at the other end of the lead wiring 7 by mounting wiring with the FPC or by wire bonding, and from the power source portion (not shown). Supply power. The lead wiring 7 may be formed to extend from the upper electrode 6 in the process of forming the upper electrode 6, but a wiring of higher conductivity such as Au is formed in another process and connected to the upper electrode 6. You may take the method to do. Further, when the lead wiring 7 and the lower electrode 4 overlap, an insulating layer 11 is formed by forming an oxide such as SiO 2 or an organic insulating material such as polyimide therebetween. The insulator layer 11 is formed between one of the upper and lower electrodes and the piezoelectric layer 5, and is formed in a region outside the region of the piezoelectric active portion 9.
圧力発生室２は幅方向（方向Ｉ）に所定の間隔をあけて並設されていて、各圧力発生室２に挟まれた圧力室隔壁８（図１に示す圧力室部材Ａの一部をなし、圧力室部材Ａと一体に形成されている。以降特に指定せずに「圧力室部材Ａ」と呼称する場合は、「圧力室部材Ａ」には「圧力室隔壁８」が含まれるものとする）により独立して形成されている。この圧力室隔壁８の幅方向（方向Ｉ）の断面形状は、振動板３と接している方（開口部１ａ側）が広く、開口部１ｂに向かって狭くなる台形形状をなしている。これにより圧電体層５の変位によりインクを吐出する場合に、インクのスムーズな流体の流れが確保できる。この構成と上下が逆の形状の場合は圧力室隔壁８の振動板３近傍に気泡が発生しやすくなり、不吐出や高周波領域における吐出の追従性が著しく悪くなる。また図２のＰ−Ｐ断面である図１において、圧力室部材Ａの形状も、上述のように開口部１ａ側を広く、開口部１ｂ側が狭くすることが好ましい。 The pressure generating chambers 2 are arranged in parallel in the width direction (direction I) with a predetermined interval, and a pressure chamber partition wall 8 (a part of the pressure chamber member A shown in FIG. 1) is sandwiched between the pressure generating chambers 2. None, formed integrally with the pressure chamber member A. Hereinafter, the “pressure chamber member A” includes the “pressure chamber partition wall 8” unless otherwise specified. Are formed independently. The cross-sectional shape of the pressure chamber partition 8 in the width direction (direction I) has a trapezoidal shape that is wider on the diaphragm 3 side (opening 1a side) and narrows toward the opening 1b. Accordingly, when ink is ejected due to the displacement of the piezoelectric layer 5, a smooth fluid flow of ink can be ensured. In the case where the configuration is upside down, bubbles are likely to be generated in the vicinity of the diaphragm 3 of the pressure chamber partition wall 8, and the ejection followability in the non-ejection and high frequency regions is remarkably deteriorated. Further, in FIG. 1 which is a P-P cross section of FIG. 2, the shape of the pressure chamber member A is preferably wide on the opening 1a side and narrow on the opening 1b side as described above.
振動板３は圧力室部材Ａ（図１参照）の開口部１ａを覆うように形成され、圧力室隔壁８とともに、圧力発生室２を形成している。振動板３は上電極６、圧電体層５、下電極４で構成される圧電体素子部Ｂに発生した機械的な変位エネルギーを有効に圧力発生室２に伝達する役割を有している。 The diaphragm 3 is formed so as to cover the opening 1 a of the pressure chamber member A (see FIG. 1), and forms the pressure generating chamber 2 together with the pressure chamber partition wall 8. The diaphragm 3 has a role of effectively transmitting mechanical displacement energy generated in the piezoelectric element portion B constituted by the upper electrode 6, the piezoelectric layer 5, and the lower electrode 4 to the pressure generating chamber 2.
実施の形態１において、振動板３は異なる材料によって構成された第１の振動板３ａと第２の振動板３ｂによる積層構造を有し、更に圧力発生室２に面し、インクと接する部分である第２の振動板３ｂは圧力室部材Ａと、主成分が同一の材料により構成されている。積層構造に用いられる各層の材料としてはセラミックスや樹脂等の有機材料を用いることも可能だが、振動板３に求められる剛性や強度、更にセラミックスではクラック等が生じる恐れがあることから金属膜を選択することが好ましい。また圧電体素子部Ｂの変位をより有効に伝達するため、振動の中立面をなるべく圧電体素子部Ｂから離間させることが、設計的に有効とされており、振動板３を積層構造とすることで実質的にインクを吐出する機械力を発生する第２の振動板３ｂを、圧電体素子部Ｂから離間させるための自由度が高くなる。また圧電体層５に近い側に配置された第１の振動板３ａにヤング率が小さく、柔らかい金属を用いることで、プロセス時の応力により圧電体層５に生じるクラックを防止する効果がある。 In the first embodiment, the diaphragm 3 has a laminated structure including a first diaphragm 3a and a second diaphragm 3b made of different materials, and further faces the pressure generation chamber 2 and is in contact with ink. A certain second diaphragm 3b is made of the same material as that of the pressure chamber member A. Although organic materials such as ceramics and resins can be used as the material for each layer used in the laminated structure, the metal film is selected because the rigidity and strength required for the diaphragm 3 and cracks may occur in ceramics. It is preferable to do. Further, in order to more effectively transmit the displacement of the piezoelectric element portion B, it is effective in terms of design to separate the neutral surface of the vibration from the piezoelectric element portion B as much as possible. As a result, the degree of freedom for separating the second diaphragm 3b, which generates a mechanical force for substantially ejecting ink, from the piezoelectric element portion B is increased. In addition, the first diaphragm 3a disposed on the side close to the piezoelectric layer 5 has a small Young's modulus and uses a soft metal, thereby preventing cracks generated in the piezoelectric layer 5 due to stress during the process.
ただし圧電体層５で生じた変位からより大きな発生圧力を取り出すためには、ヤング率が高く剛性が高い材料や弾性変形の領域が大きい脆性材料の方が有効である。このため実施の形態１では、異なる材料の組み合わせを行う場合に、圧電体素子部Ｂ側に設けられる第１の振動板３ａを構成する金属膜を、第２の振動板３ｂを構成する金属膜と比較してヤング率が小さい金属膜を配置し、振動板３のトータルのエネルギー伝達効率とプロセス応力による圧電体層５のクラック防止の両立を図っている。 However, in order to extract a larger generated pressure from the displacement generated in the piezoelectric layer 5, a material having a high Young's modulus and a high rigidity and a brittle material having a large elastic deformation region are more effective. Therefore, in the first embodiment, when a combination of different materials is performed, the metal film constituting the first diaphragm 3a provided on the piezoelectric element portion B side is replaced with the metal film constituting the second diaphragm 3b. A metal film having a smaller Young's modulus than that of the diaphragm 3 is arranged to achieve both the total energy transfer efficiency of the diaphragm 3 and prevention of cracks in the piezoelectric layer 5 due to process stress.
圧電体素子部Ｂ側に形成する第１の振動板３ａの材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等が用いられ、圧力発生室２側に形成する第２の振動板３ｂの材料としては、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｉｒ及びその合金等が好ましい。 Au, Cu, Al, or the like is used as the material of the first diaphragm 3a formed on the piezoelectric element portion B side, and Cr is used as the material of the second diaphragm 3b formed on the pressure generation chamber 2 side. Mo, Ti, W, Pt, Ir and alloys thereof are preferable.
また加工性やヤング率を考慮して適当な材料であれば、セラミックスや樹脂等の有機材料を用いることも可能であり、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3等の無機セラミックス材料を用いてもよい。 In addition, organic materials such as ceramics and resins can be used as long as they are suitable materials in consideration of workability and Young's modulus, and inorganic ceramic materials such as ZrO 2 , SiO 2 , SiN, and Al 2 O 3 can be used. It may be used.
更に実施の形態１では、上述の積層構造の振動板３の中間に樹脂膜１０を配置することで、より信頼性の高い振動板３を構成している。 Furthermore, in the first embodiment, the resin film 10 is arranged in the middle of the above-described laminated structure diaphragm 3, so that the diaphragm 3 having higher reliability is configured.
振動板３は圧力発生室２に充填されるインクと圧電体素子部Ｂの間に形成され、インクの圧電体素子部Ｂへの浸透を防止する役目も担っている。しかし、振動板３の各層を形成するプロセス途中に異物の混入が起こったりして、本来均一であるはずの膜に欠陥部ができた場合、インクが欠陥部から浸入して、圧電体素子部Ｂを破損させてしまうことがある。また振動板３の一部に多孔質のセラミックスを用いる場合や、膜厚が不均一な場合等、十分なカバレッジ性のない膜を使用する場合は、長期間の使用中に振動板３に浸透するインクを防ぐことができずに、インクが圧電体素子部Ｂまで達してしまう。通常、金属膜やセラミックス膜では製法上の制約もあり、微小な欠陥に対するカバレッジが悪いため、これらの問題を防ぐことは困難であった。 The diaphragm 3 is formed between the ink filled in the pressure generating chamber 2 and the piezoelectric element portion B, and also plays a role of preventing ink from penetrating into the piezoelectric element portion B. However, when foreign matters are mixed in the process of forming each layer of the diaphragm 3 and a defective portion is formed in a film that should be uniform, ink penetrates from the defective portion, and the piezoelectric element portion. B may be damaged. When a porous ceramic is used as a part of the diaphragm 3 or when a film with insufficient coverage is used, such as when the film thickness is not uniform, the diaphragm 3 penetrates the diaphragm 3 during long-term use. Ink that reaches the piezoelectric element portion B cannot be prevented. Usually, metal films and ceramic films have limitations on the manufacturing method and have poor coverage with respect to minute defects, so it has been difficult to prevent these problems.
実施の形態１ではアクリル系の電着樹脂等を使い、上述した第１の振動板３ａと第２の振動板３ｂの間に、電着形成法で樹脂膜１０を形成するようにしている。これによって特にインクと接する第２の振動板３ｂの欠陥部に樹脂を浸透させ、更にアニール処理等を行うことにより欠陥部を埋めて硬化させ、そこからのインクの浸入を防ぐことができる。また樹脂膜は柔らかくて弾性を有しているため、積層した膜に生じた応力を緩和することができ、製造工程において圧電体層５の割れやクラックを防止する効果もある。 In the first embodiment, an acrylic electrodeposition resin or the like is used, and the resin film 10 is formed between the first diaphragm 3a and the second diaphragm 3b described above by an electrodeposition forming method. As a result, the resin is infiltrated into the defective portion of the second diaphragm 3b that is in contact with the ink, and the defective portion is filled and cured by performing an annealing process or the like, thereby preventing the ink from entering there. Further, since the resin film is soft and elastic, the stress generated in the laminated film can be relaxed, and there is an effect of preventing the piezoelectric body layer 5 from being cracked or cracked in the manufacturing process.
しかしながら樹脂膜１０を形成した後に、第２の振動板３ｂとして圧力室部材Ａと主成分が同一の材料の金属膜を形成し、この振動板３に対して、更に圧力室部材Ａを形成する場合、樹脂膜１０と第２の振動板３ｂの間が密着性不足となり、これらの間で剥離が起こることがある。その場合、樹脂膜１０と、圧力室部材Ａと主成分が同一の材料で構成された第２の振動板３ｂとしての金属膜の間に、更に異なる材料で構成される密着層（図示せず）を設けることが有効である。 However, after forming the resin film 10, a metal film made of the same material as the pressure chamber member A is formed as the second diaphragm 3 b, and the pressure chamber member A is further formed on the diaphragm 3. In this case, the adhesion between the resin film 10 and the second diaphragm 3b is insufficient, and peeling may occur between them. In that case, an adhesion layer (not shown) made of a different material between the resin film 10 and the pressure chamber member A and the metal film as the second diaphragm 3b made of the same material as the main component. ) Is effective.
さて、実施の形態１では、インクと接する第２の振動板３ｂと圧力室部材Ａは主成分が同一の材料により構成されている。これは第２の振動板３ｂに対して圧力室部材Ａを直接形成することによって得られる。具体的な直接形成の方法としては、例えば第２の振動板３ｂと同一材料をスパッタ法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の気相成長法により第２の振動板３ｂ上に順次堆積して形成し、その後所定のパターンにエッチング等の加工法により形成する方法や、所定のパターンをレジスト等で形成した後、電鋳メッキ法等の液中での堆積法により、第２の振動板３ｂ上に順次堆積して形成する方法等が考えられる。 In the first embodiment, the second diaphragm 3b in contact with the ink and the pressure chamber member A are made of the same material. This is obtained by directly forming the pressure chamber member A on the second diaphragm 3b. As a specific direct forming method, for example, the same material as the second diaphragm 3b is formed by a vapor phase such as sputtering, vacuum deposition, laser ablation, ion plating, MBE, MOCVD, plasma CVD or the like. A method of sequentially depositing and forming on the second diaphragm 3b by a growth method, and then forming a predetermined pattern by a processing method such as etching, or forming a predetermined pattern with a resist or the like, and then electroforming plating method or the like A method of sequentially depositing and forming on the second vibration plate 3b by a deposition method in a liquid is conceivable.
また最近研究が進んでいる工法として、高真空中で接合する金属面同士を清浄化したのち、押圧して原子レベルで２つの接合面を接合する直接接合法がある。いずれの直接形成法においても接着剤が不要なため、工程のばらつきによる接着強度や接着精度のばらつきが極力少ないという利点がある。また接着剤を使用して第２の振動板３ｂと圧力室部材Ａを接合した場合は、接着樹脂のはみ出しが生じるため、圧力発生室２にインクを充填した場合に、インクと反応して溶解や剥離が起こり、ノズル孔での目詰まりの原因になっていた。また接着強度の問題があるため、接着面積をある程度確保する必要性から圧力発生室２の高密度化に限界が生じていた。これに対して上記の直接形成法ではフォトリソグラフィー法が適用でき、接着強度も十分なため高密度化が容易である。 Further, as a construction method that has recently been studied, there is a direct bonding method in which metal surfaces to be bonded in a high vacuum are cleaned and then pressed to bond two bonded surfaces at an atomic level. In any of the direct forming methods, since no adhesive is required, there is an advantage that variations in bonding strength and bonding accuracy due to process variations are minimized. Further, when the second diaphragm 3b and the pressure chamber member A are bonded using an adhesive, the adhesive resin protrudes, so that when the pressure generating chamber 2 is filled with ink, it reacts with the ink and dissolves. And peeling occurred, causing clogging at the nozzle holes. In addition, since there is a problem of adhesive strength, there is a limit to increasing the density of the pressure generating chamber 2 because of the need to secure a certain adhesive area. On the other hand, in the above direct formation method, a photolithography method can be applied, and since the adhesive strength is sufficient, the density can be easily increased.
実施の形態１では、圧力発生室２の形状の制御性や圧力室部材Ａの剛性を確保しやすいといった観点から、電気メッキ法により圧力室部材Ａを形成した。圧力発生室２と接する第２の振動板３ｂをスパッタ法を用いてＮｉで形成し、これを電気メッキ法を行う上でのシード層として活用し、Ｎｉ電気メッキにより圧力室部材Ａを形成した。Ｎｉ以外にも第２の振動板３ｂを構成する材料に合わせて、ＣｒやＣｕ及びそれらの合金を用いることも可能である。圧力室部材Ａの物性を考慮して選択することが可能である。主として用いられるのは、Ｎｉを主成分とした電気メッキが物性値として好適である。この具体例は後に詳細に説明する。 In the first embodiment, the pressure chamber member A is formed by electroplating from the viewpoint of easy control of the shape of the pressure generating chamber 2 and the rigidity of the pressure chamber member A. The second diaphragm 3b in contact with the pressure generating chamber 2 is formed of Ni by sputtering, and this is used as a seed layer for performing electroplating, and the pressure chamber member A is formed by Ni electroplating. . In addition to Ni, Cr, Cu and alloys thereof can be used in accordance with the material constituting the second diaphragm 3b. It is possible to select in consideration of the physical properties of the pressure chamber member A. The electroplating mainly composed of Ni is preferably used as a physical property value. This specific example will be described in detail later.
圧力室部材の高度（Ｈｖ）は４００〜６００の範囲が適当で、これより低いと部材の剛性不足となり吐出特性に影響を与える。またこれより大きいとメッキ後の研削加工を行う場合に加工性が悪くなり、開口部１ａ、開口部１ｂの形状が乱れたり、加工応力により圧電体素子部Ｂにダメージを与える場合がある。また硬度（Ｈｖ）の制御や加工性の確保のため、Ｎｉ電鋳を行う場合に少量の添加物を入れる場合がある。これらの添加物としてはＣｏ、Ｍｏ、Ｒｕ等が適当で、メッキ後に部材に微量が含まれることになる。 The altitude (Hv) of the pressure chamber member is suitably in the range of 400 to 600, and if it is lower than this, the rigidity of the member becomes insufficient and the discharge characteristics are affected. On the other hand, when the grinding is performed after plating, the workability is deteriorated, the shapes of the opening 1a and the opening 1b may be disturbed, and the piezoelectric element portion B may be damaged by the processing stress. In addition, in order to control hardness (Hv) and ensure workability, a small amount of additive may be added when performing Ni electroforming. As these additives, Co, Mo, Ru and the like are suitable, and a minute amount is contained in the member after plating.
圧力発生室２の形状は電気メッキを行う前のレジスト材料や形成条件、電気メッキの形成条件によって制御が可能で、実施の形態１では振動板３側の方の幅が狭く、開口部１ｂに向けて幅広になる台形形状となっている。また上記の形状を形成する作成条件では通常、長手方向（方向ＩＩ（図２参照）、及び図１に示す圧力室部材Ａの形状を参照）の断面においても同様に振動板３側の方の幅が狭く、開口部１ｂに向けて幅広になる台形形状となっている。圧電体素子部Ｂの変位からインクに伝えるエネルギーを大きくするためには、図２で示すような細長い圧力発生室２の形状を採用することが多く、圧力発生室２の短手方向（方向Ｉ）の断面形状がより吐出時の気泡発生に寄与しやすい。このため短手方向（方向Ｉ）の形状を制御することが重要である。長手方向（方向ＩＩ）も短手方向（方向Ｉ）と同様の形状がより好ましい。 The shape of the pressure generation chamber 2 can be controlled by the resist material before electroplating, the formation conditions, and the electroplating formation conditions. In the first embodiment, the width on the diaphragm 3 side is narrow, and the opening 1b It has a trapezoidal shape that becomes wider toward it. Further, in the production conditions for forming the above-mentioned shape, the diaphragm 3 side is also similarly used in the cross section in the longitudinal direction (direction II (see FIG. 2) and the shape of the pressure chamber member A shown in FIG. 1). The trapezoidal shape is narrow and wide toward the opening 1b. In order to increase the energy transmitted to the ink from the displacement of the piezoelectric element portion B, the shape of the elongated pressure generating chamber 2 as shown in FIG. 2 is often adopted, and the short direction (direction I) of the pressure generating chamber 2 is adopted. ) Is more likely to contribute to the generation of bubbles during ejection. For this reason, it is important to control the shape in the short direction (direction I). The longitudinal direction (direction II) is more preferably the same shape as the short direction (direction I).
圧力室部材Ａは開口部１ｂ側でインク流路部材Ｃと接着されるが、接着時の接着強度や均一性を確保する必要がある。このとき接着面の表面状態が重要であり、圧力室部材Ａの加工後の表面粗さ等を面全体で把握することが重要である。表面粗さや表面の状況を総合的に判断する方法として、グラスメーターによる反射率を測定すると、反射率が６０％以上の表面状態では接着後の剥離や樹脂のはみ出し量のばらつきが少なく、安定した接着状態となっていた。従って反射率測定と管理により圧力室部材Ａの接着品質を安定させることができる。 The pressure chamber member A is bonded to the ink flow path member C on the opening 1b side, but it is necessary to ensure the bonding strength and uniformity during bonding. At this time, the surface state of the bonding surface is important, and it is important to grasp the surface roughness and the like after processing of the pressure chamber member A over the entire surface. As a method of comprehensively judging the surface roughness and surface condition, when measuring the reflectance with a glass meter, in the surface state where the reflectance is 60% or more, there is little variation in peeling after adhesion and the amount of protrusion of the resin. It was in an adhesive state. Therefore, the adhesion quality of the pressure chamber member A can be stabilized by the reflectance measurement and management.
以下、図４から図１０を用いてインクジェットヘッドの製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the ink jet head will be described in detail with reference to FIGS.
図４は、本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造方法における、圧電体素子部Ｂ、振動板３の形成工程を示す説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing a process of forming the piezoelectric element portion B and the diaphragm 3 in the method for manufacturing the ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention.
図４（ａ）に示すように、基板１２０上に、順次、密着層１２１、上電極１０３、圧電体層１１０、絶縁体層１１５を形成する。基板１２０はφ４インチのシリコンウエハからなる。この基板１２０は、Ｓｉに限るものではなく、ガラス基板や金属基板、セラミックス基板であってもよい。また、基板サイズもφ４インチに限るものではなく、Ｓｉ基板であれば、φ２〜１０インチのウエハであってもよい。密着層１２１は、基板１２０と上電極１０３との密着性を高めるために基板１２０と上電極１０３との間に形成する（必ずしも密着層１２１を形成する必要はない）。この密着層１２１は、後述の如く、基板１２０と同様に除去する。密着層１２１は、Ｔｉターゲットを用いて、基板１２０を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得られる。この密着層１２１の膜厚は０．０２μｍとなる。なお、密着層１２１の材料は、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロム又はそれら（Ｔｉを含む）の化合物であってもよい。また、膜厚は０．００５〜０．２μｍの範囲であればよい。 As shown in FIG. 4A, an adhesion layer 121, an upper electrode 103, a piezoelectric layer 110, and an insulator layer 115 are sequentially formed on a substrate 120. The substrate 120 is made of a φ4 inch silicon wafer. The substrate 120 is not limited to Si, and may be a glass substrate, a metal substrate, or a ceramic substrate. Further, the substrate size is not limited to φ4 inch, and a wafer of φ2 to 10 inch may be used as long as it is a Si substrate. The adhesion layer 121 is formed between the substrate 120 and the upper electrode 103 in order to improve the adhesion between the substrate 120 and the upper electrode 103 (the adhesion layer 121 is not necessarily formed). The adhesion layer 121 is removed in the same manner as the substrate 120 as described later. The adhesion layer 121 is obtained by applying a high frequency power of 100 W while heating the substrate 120 to 400 ° C. using a Ti target and forming it in an argon gas of 1 Pa for 1 minute. The thickness of the adhesion layer 121 is 0.02 μm. The material of the adhesion layer 121 is not limited to Ti, but may be tantalum, iron, cobalt, nickel, chromium, or a compound thereof (including Ti). The film thickness may be in the range of 0.005 to 0.2 μm.
上電極１０３は、Ｐｔターゲットを用い、基板１２０を６００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得られる。この成膜条件によって、上電極１０３の膜厚は０．２μｍとなり、（１１１）面に配向する。なお、上電極１０３の材料はＰｔ、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属又はそれらの化合物であればよく、膜厚は０．００５〜２μｍの範囲であればよい。 The upper electrode 103 is obtained by forming a substrate 120 at a high frequency power of 200 W for 12 minutes in an argon gas of 1 Pa while heating the substrate 120 to 600 ° C. using a Pt target. Under this film forming condition, the film thickness of the upper electrode 103 becomes 0.2 μm and is oriented in the (111) plane. The material of the upper electrode 103 may be at least one noble metal selected from the group of Pt, iridium, palladium, and ruthenium or a compound thereof, and the film thickness may be in the range of 0.005 to 2 μm.
圧電体層１１０は、多元スパッタ装置を用いて作製した。ターゲットには、化学量論組成よりＰｂ量の多いＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７，Ｐｂが２０モル％過剰）の焼結体ターゲットを用いた。真空中であらかじめヒーターにより基板加熱を行い、基板１２０の温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ2＝１５：５）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で１８０分間形成することにより、３μｍの膜厚を堆積した。なお、この圧電体層１１０のＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよく、膜厚は、１〜１０μｍの範囲であればよい。また、圧電体層１１０の構成材料は、ＰＺＴにＬａ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ａｌ等の添加物を含有したもの等のように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料が広く用いられており、ＰＭＮやＰＺＮであってもよい。その後、絶縁体層１１５としての感光性ポリイミド樹脂をスピンコート法により塗布し、露光及び除去してから所定形状にパターン化した後、所定温度により焼成、硬化させる。絶縁体層１１５の例としては、ＳｉＯ2等の無機材料をスパッタリング法により成膜、形成することも可能である。絶縁体層１１５は圧電体層１１０を実際に駆動する領域である圧電体能動部９（図２参照）の外側の領域になるリード配線７（図２参照）及びパッド部を覆うように所定の形状にパターンニングされる。 The piezoelectric layer 110 was produced using a multi-source sputtering apparatus. As the target, a sintered body target of PZT (Zr / Ti = 53/47, Pb excess by 20 mol%) having a Pb amount larger than the stoichiometric composition was used. The substrate is heated in advance in a vacuum with a heater, and the substrate 120 is at a temperature of 580 ° C. and in a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio Ar: O 2 = 15: 5). By forming for 180 minutes under the condition of 250 W, a film thickness of 3 μm was deposited. The Zr / Ti composition of the piezoelectric layer 110 may be Zr / Ti = 30/70 to 70/30, and the film thickness may be in the range of 1 to 10 μm. In addition, as a constituent material of the piezoelectric layer 110, a piezoelectric material mainly composed of PZT, such as a material containing additives such as La, Sr, Nb, and Al in PZT, is widely used. PZN may be used. Thereafter, a photosensitive polyimide resin as the insulator layer 115 is applied by spin coating, exposed and removed, patterned into a predetermined shape, and then baked and cured at a predetermined temperature. As an example of the insulator layer 115, an inorganic material such as SiO 2 can be formed and formed by a sputtering method. The insulating layer 115 is formed in a predetermined manner so as to cover the lead wiring 7 (see FIG. 2) and the pad portion which are regions outside the piezoelectric active portion 9 (see FIG. 2), which is a region where the piezoelectric layer 110 is actually driven. Patterned into shape.
更に図４（ｂ）に示すように、下電極１１２、振動板１１１をスパッタリング法により成膜して、積層する。また、振動板１１１の層間には樹脂層１３０が積層されている。 Further, as shown in FIG. 4B, the lower electrode 112 and the diaphragm 111 are formed by sputtering and stacked. A resin layer 130 is laminated between the diaphragms 111.
下電極１１２は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得られる。この下電極１１２の膜厚は０．２μｍとなる。なお、下電極１１２の材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１〜０．５μｍの範囲であればよい。 The lower electrode 112 is obtained by using a Pt target and forming it at a room temperature for 10 minutes with a high frequency power of 200 W in 1 Pa of argon gas. The film thickness of the lower electrode 112 is 0.2 μm. The material of the lower electrode 112 is not limited to Pt, and may be any conductive material, and the film thickness may be in the range of 0.1 to 0.5 μm.
振動板１１１は、下電極１１２とは異なる金属膜を積層した構成となっており、例えば振動板１１１ａはＣｕにより構成され、振動板１１１ｂはＣｒより構成される。振動板１１１ａはＣｕターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１７０分間形成することにより得られる。この振動板１１１ａの膜厚は１．５μｍとなる。振動板１１１ｂはＣｒターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で２２０分間形成することにより得られる。この振動板１１１ｂの膜厚は２μｍとなる。振動板１１１ａ、振動板１１１ｂの材料は、ＣｕやＣｒに限らず、ニッケル、アルミニウム、タンタル、タングステン、シリコン又はこれらの酸化物若しくは窒化物（例えば二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）等であってもよい。また、振動板１１１全体の膜厚は１〜１０μｍであればよい。また下電極１１２に近い方に設けられる振動板１１１ａは他方の振動板１１１ｂよりヤング率が小さい材料を用いることが好ましい。これにより積層体の作成時に圧電体層１１０の応力集中が緩和され、安定したプロセスが構築できる。また圧電体層１１０の変位面がより外側に設定されるため、より効率的なエネルギーの発生が得られる。 The diaphragm 111 has a configuration in which a metal film different from the lower electrode 112 is laminated. For example, the diaphragm 111a is made of Cu, and the diaphragm 111b is made of Cr. The diaphragm 111a is obtained by using a Cu target and forming it at room temperature for 170 minutes in 200 Pa high-frequency power in 1 Pa argon gas. The film thickness of the diaphragm 111a is 1.5 μm. The diaphragm 111b is obtained by using a Cr target and forming it at room temperature with a high frequency power of 200 W in argon gas of 1 Pa for 220 minutes. The thickness of the diaphragm 111b is 2 μm. The material of the diaphragm 111a and the diaphragm 111b is not limited to Cu or Cr, but nickel, aluminum, tantalum, tungsten, silicon, or an oxide or nitride thereof (for example, silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon nitride) or the like. It may be. Moreover, the film thickness of the whole diaphragm 111 should just be 1-10 micrometers. In addition, the diaphragm 111a provided closer to the lower electrode 112 is preferably made of a material having a Young's modulus smaller than that of the other diaphragm 111b. As a result, the stress concentration of the piezoelectric layer 110 is relaxed during the production of the laminate, and a stable process can be constructed. In addition, since the displacement surface of the piezoelectric layer 110 is set on the outer side, more efficient generation of energy can be obtained.
振動板１１１として積層する材料の１つをアルミナ、酸化ジルコニウム等の酸化物や窒化シリコン等の窒化物からなる無機セラミックス材料や鋳鉄、タングステン等の室温で応力に対して脆性破壊を示す脆性材料によって構成することで、圧電体層１１０の機械的な変位エネルギーから大きな発生圧力を得ることが可能となる。これらの材料を、用いられるインクやヘッド構造によって適当な材料により積層することにより、作成時のプロセス最適化とインク吐出の最適化が可能となる。 One of the materials laminated as the diaphragm 111 is made of an inorganic ceramic material made of an oxide such as alumina or zirconium oxide, or a nitride such as silicon nitride, or a brittle material that exhibits brittle fracture against stress at room temperature, such as cast iron or tungsten. By configuring, a large generated pressure can be obtained from the mechanical displacement energy of the piezoelectric layer 110. By laminating these materials with an appropriate material depending on the ink and head structure to be used, it is possible to optimize the process at the time of creation and optimize the ink discharge.
厚み１μｍのアクリル樹脂系の樹脂層１３０が、振動板１１１ｂと振動板１１１ｃの間に形成される。この樹脂層１３０の形成は電着法により形成される。スピンコーターによる塗布や他の形成法により形成しても良いが、電着法が異物や欠陥に対するカバレッジ性能に優れているためより好適である。電着液としては、アクリル樹脂系水分散液に０〜５０重量部の純水を加え、良く攪拌混合した溶液を使用する。電着条件は、液温約２５℃、直流電圧３０Ｖ、通電時間２０秒によりなされる。この条件下で約１〜１．５μｍのアクリル樹脂を、振動板１１１ｂ薄膜上に電着樹脂膜として形成する。樹脂層１３０によりインクの浸透を防ぐとともに積層体の応力緩和が図れ、圧電体層１１０のクラックを防止できる。なお樹脂層１３０は振動板１１１の積層膜のどの層間に形成しても良いが、電着法により形成する場合は振動板を電極として用いる必要から、金属膜としての振動板を少なくとも１層形成した後に形成することが好ましい。また後述する圧力室部材Ａと同一材料の膜を形成する前に形成することにより、応力緩和層として機能するためより好適である。 An acrylic resin layer 130 having a thickness of 1 μm is formed between the diaphragm 111b and the diaphragm 111c. The resin layer 130 is formed by an electrodeposition method. Although it may be formed by application by a spin coater or other forming methods, the electrodeposition method is more preferable because it has excellent coverage performance against foreign matters and defects. As the electrodeposition solution, a solution obtained by adding 0 to 50 parts by weight of pure water to an acrylic resin aqueous dispersion and stirring and mixing the solution is used. The electrodeposition conditions are a liquid temperature of about 25 ° C., a DC voltage of 30 V, and an energization time of 20 seconds. Under this condition, an acrylic resin of about 1 to 1.5 μm is formed as an electrodeposition resin film on the diaphragm 111b thin film. The resin layer 130 can prevent ink from penetrating and can relieve stress of the laminate, thereby preventing cracks in the piezoelectric layer 110. The resin layer 130 may be formed between any layers of the laminated film of the vibration plate 111. However, when the electrode layer is formed by an electrodeposition method, it is necessary to use the vibration plate as an electrode, so that at least one vibration plate as a metal film is formed. It is preferable to form after this. Further, it is more preferable to form before forming a film of the same material as the pressure chamber member A described later, since it functions as a stress relaxation layer.
また圧力室部材Ａと主成分が同一の材料の膜を樹脂層１３０上に形成する場合に、樹脂層１３０と密着性が悪く、プロセス中に剥離等が起こる場合は密着層（図示せず）として、別の材料による金属層を形成する場合もある。これによって樹脂層１３０との密着性がより高くなり、プロセス安定性が高い構成となる。密着層としては樹脂層１３０との相性を考慮して選択され、ＣｒやＴｉ、Ｍｏ等が用いられる。 Further, when a film made of the same material as the pressure chamber member A is formed on the resin layer 130, the adhesion layer (not shown) is not adhered to the resin layer 130, and peeling or the like occurs during the process. In some cases, a metal layer made of another material may be formed. As a result, the adhesiveness with the resin layer 130 becomes higher and the process stability becomes high. The adhesion layer is selected in consideration of compatibility with the resin layer 130, and Cr, Ti, Mo, or the like is used.
振動板１１１ｃは振動板１１１の最外周側（即ち、図３等に示す圧力発生室２側）に積層される層で、圧力室部材Ａと主成分が同一の材料により形成される。実施の形態１では圧力室部材ＡをＮｉの電気メッキ法により形成するため、振動板１１１ｃとしては、例えば厚みを０．５μｍとするＮｉの金属膜をスパッタ法により形成する。この振動板１１１ｃのＮｉ金属膜はＮｉ電気メッキにおけるシード層としての機能も有し、この上に圧力室部材Ａが電気メッキ法により直接形成される。 The diaphragm 111c is a layer laminated on the outermost peripheral side of the diaphragm 111 (that is, the pressure generation chamber 2 side shown in FIG. 3 and the like), and the pressure chamber member A and the main component are formed of the same material. In the first embodiment, since the pressure chamber member A is formed by Ni electroplating, as the diaphragm 111c, for example, a Ni metal film having a thickness of 0.5 μm is formed by sputtering. The Ni metal film of the diaphragm 111c also has a function as a seed layer in Ni electroplating, and the pressure chamber member A is directly formed thereon by electroplating.
他に用いられる直接形成法として、例えばスパッタ法により圧力室部材Ａを振動板１１１ｃ上に堆積して形成する場合においても、圧力室部材Ａと振動板１１１ｃの材料は基本的に同一である。またこれらが金属以外の材料においても同様の構成を取るように、圧力室部材Ａの形成法を適宜選択することにより効果が得られる。 As another direct forming method used, for example, when the pressure chamber member A is deposited on the vibration plate 111c by sputtering, the material of the pressure chamber member A and the vibration plate 111c is basically the same. Further, an effect can be obtained by appropriately selecting the formation method of the pressure chamber member A so that these materials can have the same configuration even in materials other than metals.
ここで、電気メッキ法によって圧力室部材Ａを形成する際に、硬度（Ｈｖ）の制御や加工性の確保のため少量の添加物を用いる場合がある。この添加物は、既に述べたようにＣｏ、Ｍｏ、Ｒｕのいずれかが好ましいが、これらの添加物の量は微量であり、いずれにしても振動板１１１ｃと圧力室部材Ａを構成する材料の主成分は同一である。 Here, when the pressure chamber member A is formed by electroplating, a small amount of additive may be used for controlling the hardness (Hv) and ensuring workability. As described above, any one of Co, Mo, and Ru is preferable as the additive. However, the amount of these additives is very small, and in any case, the material constituting the diaphragm 111c and the pressure chamber member A is not limited. The main components are the same.
もちろん、添加物を用いず、振動板１１１ｃと圧力室部材Ａを構成する材料を同一としてもよい。 Of course, the material which comprises the diaphragm 111c and the pressure chamber member A is good also without using an additive.
図５は、本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造方法における、圧力室部材Ａの形成工程を示す説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing a process of forming the pressure chamber member A in the method for manufacturing the ink-jet head according to Embodiment 1 of the present invention.
以降、圧力室部材Ａ（以降、圧力室部材１４０と呼称する）を振動板１１１上に形成する方法について図５（ａ）から（ｅ）を用いて説明する。 Hereinafter, a method of forming the pressure chamber member A (hereinafter referred to as the pressure chamber member 140) on the diaphragm 111 will be described with reference to FIGS.
まず図５（ａ）において振動板１１１までが積層された基板１２０を脱脂処理した後に、振動板１１１上にレジスト１８０を塗布する。形成するレジスト厚みは例えば１６０μｍとなるので、通常はドライフィルムタイプのレジストを貼り付ける。実施の形態１では、東京応化社製のＯＲＤＹＬ ＭＰ１０８の８０μｍ厚みのドライフィルムレジストを２層積層して１６０μｍの厚みを形成した。 First, in FIG. 5A, after degreasing the substrate 120 on which the vibration plate 111 is laminated, a resist 180 is applied on the vibration plate 111. Since the resist thickness to be formed is, for example, 160 μm, a dry film type resist is usually attached. In Embodiment 1, two layers of 80 μm thick dry film resist of ORDYL MP108 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. were laminated to form a thickness of 160 μm.
次に、所定の圧力室形状がパターンされたフォトマスクを用いてドライフィルムレジスト１８０を露光、現像して所定のレジストパターンを形成する。ここでドライフィルムレジスト１８０の材料の選択、露光、現像条件の最適化により、図５（ｂ）のような基板側からレジスト塗布方向に断面形状が逆テーパーとなるような形状を形成する。ドライフィルムレジスト１８０はネガタイプのものを使用し、露光条件はミカサ社製のＭＰ２０型露光器を用い、５００Ｗの超高圧水銀灯による平行露光装置で４０秒露光し、現像条件は３０℃の濃度０．１％炭酸ナトリウム水溶液中で１分間の処理時間により現像を行った。露光時間や現像時間を長くすることで、テーパー角度を大きくすることができ、レジスト材料の選択によりレジスト形状を変えることが可能である。実施の形態１では１６０μｍのレジスト高さにおいて、上下のレジストの幅の差が０〜３０μｍの範囲で調整可能であり、用途によって決定される。 Next, the dry film resist 180 is exposed and developed using a photomask patterned with a predetermined pressure chamber shape to form a predetermined resist pattern. Here, by selecting the material of the dry film resist 180, and by optimizing the exposure and development conditions, a shape such that the cross-sectional shape is reversely tapered from the substrate side to the resist coating direction as shown in FIG. 5B is formed. The dry film resist 180 is a negative type, the exposure condition is an MP20 type exposure device manufactured by Mikasa, and the exposure is performed for 40 seconds with a parallel exposure apparatus using a 500 W ultra-high pressure mercury lamp. Development was performed in a 1% aqueous sodium carbonate solution with a processing time of 1 minute. By increasing the exposure time and development time, the taper angle can be increased, and the resist shape can be changed by selecting the resist material. In the first embodiment, at a resist height of 160 μm, the difference in width between the upper and lower resists can be adjusted in the range of 0 to 30 μm, and is determined according to the application.
次に、図５（ｃ）に示すように、振動板１１１上のレジストパターンが除去された部分にＮｉ電気メッキによりＮｉを材料とする圧力室部材１４０を堆積していく。まず前処理として脱脂処理を行う。脱脂処理液としては界面活性剤（ワールドメタル社製Ｌ５０５−Ｂ）を純水との比で１：５の割合で混合したものを用意し、４０℃の液温で１分の処理を行う。脱脂した基板は純水によりリンス、洗浄した後に酸洗浄を行う。酸洗浄液としては１０％濃度の塩酸水を用意し、４０℃の液温で３０秒の処理を行う。塩酸水で処理した基板は純水によりリンス、洗浄を行う。 Next, as shown in FIG. 5C, a pressure chamber member 140 made of Ni is deposited by Ni electroplating on the portion of the vibration plate 111 where the resist pattern is removed. First, a degreasing treatment is performed as a pretreatment. A degreasing treatment liquid prepared by mixing a surfactant (L505-B manufactured by World Metal Co., Ltd.) at a ratio of 1: 5 with pure water is prepared, and the treatment is performed at a liquid temperature of 40 ° C. for 1 minute. The degreased substrate is rinsed and washed with pure water, and then acid washed. As the acid cleaning solution, 10% strength hydrochloric acid water is prepared, and the treatment is performed at a liquid temperature of 40 ° C. for 30 seconds. The substrate treated with hydrochloric acid is rinsed and washed with pure water.
図６は、本発明の実施の形態１において、Ｎｉ電気メッキの装置構成を示す構成図である。 FIG. 6 is a configuration diagram showing a Ni electroplating apparatus configuration in Embodiment 1 of the present invention.
以降、図６を用いてＮｉ電気メッキ装置及び電気メッキの工程について具体的に説明する。 Hereinafter, the Ni electroplating apparatus and the electroplating process will be described in detail with reference to FIG.
図６に示すＮｉ電気メッキ装置のカソード電極２１０の所定の位置にワーク１９０を固定し、カソード電極２１０と導通した状態にしてセッティングを行う。次にカソード電極２１０をメッキ槽２００にセットし、メッキ液２０５中で遮蔽板２３０を挟んで、アノード電極２２０との間に整流器２４０により電圧を印加、通電して、メッキを行う。 The workpiece 190 is fixed at a predetermined position of the cathode electrode 210 of the Ni electroplating apparatus shown in FIG. Next, the cathode electrode 210 is set in the plating tank 200, the shielding plate 230 is sandwiched in the plating solution 205, a voltage is applied between the anode electrode 220 and the rectifier 240, and plating is performed.
図６に示すメッキ装置は、メッキ槽２００とリザーブタンク２５０の間でメッキ液２０５を循環する構成となっており、メッキ槽２００とリザーブタンク２５０の間には循環用のポンプ２６０、フィルター２７０、流量計２８０が設置されている。またリザーブタンク２５０ではヒーター２５５によりメッキ液を加熱し、メッキ液２０５を一定の温度に調整する。メッキ液２０５は液量１００Ｌの薬液比率として、例えば６０％スルファミン酸ニッケル５６Ｌ、塩化ニッケル１．０ｋｇ、ホウ酸３．０ｋｇ、応力緩和剤（日本化学産業社製ＮＳＦ−Ｈ−４）０．３Ｌ、ピット防止剤（日本化学産業社製ピットレスＳ）１．０Ｌを添加し、全体で１００Ｌになるように純水を入れて調合した薬液を使用する。メッキ槽２００とリザーブタンク２５０との薬液の比率は２：８に調整する。またメッキ後の硬度や光沢等を調整するために、少量の他の金属、例えばＣｏ、Ｍｏ、Ｒｕ等を含む添加剤を入れる場合がある。これらの金属は堆積後にＮｉ中に少量含有される。 The plating apparatus shown in FIG. 6 is configured to circulate the plating solution 205 between the plating tank 200 and the reserve tank 250. Between the plating tank 200 and the reserve tank 250, a circulation pump 260, a filter 270, A flow meter 280 is installed. In the reserve tank 250, the plating solution is heated by the heater 255, and the plating solution 205 is adjusted to a constant temperature. The plating solution 205 has a chemical volume ratio of 100 L, for example, 60% nickel sulfamate 56 L, nickel chloride 1.0 kg, boric acid 3.0 kg, stress relieving agent (NSF-H-4 manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) 0.3 L A chemical solution prepared by adding 1.0 L of a pit inhibitor (Pitless S manufactured by Nippon Kagaku Sangyo Co., Ltd.) and adding pure water to a total of 100 L is used. The ratio of the chemical solution between the plating tank 200 and the reserve tank 250 is adjusted to 2: 8. In addition, in order to adjust the hardness, gloss, etc. after plating, an additive containing a small amount of other metals such as Co, Mo, Ru, or the like may be added. These metals are contained in a small amount in Ni after deposition.
圧力室部材１４０を形成するためのＮｉ電気メッキの具体的条件としては、カソードとアノードとの電極間距離を８５ｍｍ、循環の流量を５Ｌ／分、液温を４０℃、ＰＨを４．０〜４．５の範囲に保った状態で、電極間に印加する電流密度を８Ａ／ｄｍ2に設定して、３時間のメッキを行うと１８０μｍのＮｉが堆積された。完成したＮｉメッキ品を（株）エリオニクス社製の超微小押し込み硬さ試験機ＥＮＴ１１０ａにより硬度を測定すると、４９０Ｈｖであった。圧力室部材１４０としては硬度が４００Ｈｖより小さいと、インクの吐出を行う場合に圧力室隔壁８（図３参照）の剛性が不足し、クロストークが生じる。また硬度が７００Ｈｖを超えると、後述する研削工程での加工性や、加工精度に悪影響を及ぼす。 Specific conditions of Ni electroplating for forming the pressure chamber member 140 are as follows: the distance between the cathode and the anode is 85 mm, the circulation flow rate is 5 L / min, the liquid temperature is 40 ° C., and the pH is 4.0. When the current density applied between the electrodes was set to 8 A / dm 2 while being maintained in the range of 4.5 and plating was performed for 3 hours, Ni of 180 μm was deposited. When the hardness of the finished Ni-plated product was measured with an ultra-fine indentation hardness tester ENT110a manufactured by Elionix Co., Ltd., it was 490 Hv. If the pressure chamber member 140 has a hardness smaller than 400 Hv, the rigidity of the pressure chamber partition wall 8 (see FIG. 3) is insufficient when ink is ejected, and crosstalk occurs. On the other hand, when the hardness exceeds 700 Hv, it adversely affects workability and machining accuracy in a grinding process described later.
実施の形態１では実際にＮｉ電気メッキを行う基板とは別の試験片を用いて、堆積前と堆積後の試験片の反り量から応力を算出し、メッキ条件の最適化と工程管理を行っている。試験片は同じ基板と同じメッキ槽中に入れて堆積を行うが、メッキ槽に入っているメッキ液を一部取り出して、別の簡易的なメッキ槽で試験を行っても同様の結果が得られ、試験の効率化が図れる。 In the first embodiment, using a test piece different from the substrate on which Ni electroplating is actually performed, stress is calculated from the amount of warpage of the test piece before and after deposition, and optimization of plating conditions and process management are performed. ing. The test piece is deposited in the same plating tank as the same substrate, but the same result can be obtained even if a part of the plating solution in the plating tank is taken out and tested in another simple plating tank. This improves the efficiency of the test.
図７は、本発明の実施の形態１において、Ｎｉ電気メッキにおける電流密度と内部応力の関係を示す特性図である。 FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between current density and internal stress in Ni electroplating in Embodiment 1 of the present invention.
図８は、本発明の実施の形態１において、Ｎｉ電気メッキにおけるメッキ浴の温度と内部応力の関係を示す特性図である。 FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature of the plating bath and the internal stress in Ni electroplating in Embodiment 1 of the present invention.
以降、図７と図８を用いて、試験片を使った試験により、電流密度と内部応力、メッキ浴の温度と内部応力との関係を調べた結果について説明する。 Hereinafter, the results of examining the relationship between the current density and the internal stress and the temperature of the plating bath and the internal stress by the test using the test piece will be described with reference to FIGS.
内部応力は基板に堆積したＮｉ側を上として凸側をプラスの応力としている。メッキ条件としてはこの２つが内部応力に関係することがわかり、これらの条件を制御することが重要である。メッキ条件によって内部応力は調整可能であるが、メッキの応力は積層した圧電体層１１０にストレスを与え、メッキ後の状態では問題なくても、次工程以降、特に基板１２０の除去を行うと圧電体層１１０にクラックや割れが生じることがある。特に引っ張り側の応力（実施の形態１ではマイナスの内部応力）には弱い。種々の応力状態でインクジェットヘッドの試作を行った結果、メッキ時の内部応力としては−５０〜＋１００ＭＰａの範囲で行うと、工程でのクラックや割れが起こらないことがわかった。 The internal stress is such that the Ni side deposited on the substrate is the top and the convex side is a positive stress. It can be seen that these two plating conditions are related to internal stress, and it is important to control these conditions. Although the internal stress can be adjusted depending on the plating conditions, the plating stress gives stress to the laminated piezoelectric layer 110, and even if there is no problem in the post-plating state, if the substrate 120 is removed after the next process, the piezoelectric stress will be increased. The body layer 110 may be cracked or broken. In particular, it is weak against the tensile stress (negative internal stress in the first embodiment). As a result of trial manufacture of the ink jet head in various stress states, it was found that when the internal stress during plating is in the range of −50 to +100 MPa, cracks and cracks do not occur in the process.
この内部応力の範囲を満たす製造条件としては、図７に示すように電流密度では４〜１２Ａ／ｄｍ2、図８に示すようにメッキ浴の温度では３０〜５０℃の範囲で管理することによって、所定の内部応力の状態で管理が可能となる。 As manufacturing conditions satisfying this internal stress range, the current density is 4 to 12 A / dm 2 as shown in FIG. 7, and the plating bath temperature is 30 to 50 ° C. as shown in FIG. Management is possible in a state of a predetermined internal stress.
またこの範囲では応力が小さいため、メッキ後の光沢も良好であり、反射率についても良好な結果を示し、メッキ後の表面の反射率は６０％以上であった。更に反り量が小さいことにより、研削後の形状や精度も良好である。 In addition, since the stress is small in this range, the gloss after plating is good and the reflectance is good, and the reflectance of the surface after plating is 60% or more. Furthermore, since the amount of warpage is small, the shape and accuracy after grinding are good.
以降、図５に戻って、電気メッキ後の工程について説明を続ける。 Hereinafter, returning to FIG. 5, the description of the steps after electroplating will be continued.
次に、図５（ｄ）に示すように、Ｎｉ電気メッキ法により形成した圧力室部材１４０を所定の高さに研削する。実施の形態１では圧力室部材１４０の高さが１５０μｍになるようにディスコ社製の研削装置ＤＡＧ８１０により、レジン砥石＃３２０を用い、砥石回転数４０００ｒｐｍ、テーブル回転数３００ｒｐｍで１５μｍ／分の研削条件で加工を行う。 Next, as shown in FIG. 5D, the pressure chamber member 140 formed by Ni electroplating is ground to a predetermined height. In the first embodiment, a grinding machine DAG810 manufactured by Disco Co., Ltd. is used so that the height of the pressure chamber member 140 is 150 μm, a grinding wheel # 320 is used, and grinding conditions are 15 μm / min at a grinding wheel rotational speed of 4000 rpm and a table rotational speed of 300 rpm. Processing with.
研削後はミノルタ社製のグロスメーターＤＰ−３００により、圧力室部材１４０の表面の反射率を測定する。測定箇所はレジスト１８０のない箇所で行い、反射率が６０％以上である場合は品質上問題がないレベルである。それより反射率が小さい場合は次工程以降で接着力不足等の不具合が発生する可能性が高くなる。従って電鋳メッキの製造条件のばらつきや研削条件の再調整を行い、品質の安定性を維持する必要がある。 After grinding, the reflectance of the surface of the pressure chamber member 140 is measured by a gloss meter DP-300 manufactured by Minolta. Measurement is performed at a location without the resist 180, and when the reflectance is 60% or more, there is no problem in quality. If the reflectance is smaller than that, there is a high possibility that problems such as insufficient adhesive force will occur in the subsequent steps. Therefore, it is necessary to maintain the quality stability by re-adjusting the electroforming plating manufacturing conditions and the grinding conditions.
次に図５（ｅ）に示すように、ドライフィルムレジスト１８０を除去して圧力発生室１０２を形成する。これによって圧力発生室１０２の周囲をとり囲む圧力室部材１４０が完成となる。ドライフィルムレジスト１８０の除去は剥離材である東京応化社製のＭＰ２を用いて、温度６０〜７０℃の液温で３時間の浸漬を３回行い、途中でブラシ洗浄を併用してドライフィルムレジスト１８０を除去する。ドライフィルムレジスト１８０が完全に除去できたらワークの洗浄を行い、水洗後乾燥させ圧力室部材の完成となる。 Next, as shown in FIG. 5E, the dry film resist 180 is removed to form the pressure generating chamber 102. As a result, the pressure chamber member 140 surrounding the pressure generating chamber 102 is completed. The removal of the dry film resist 180 is performed by using MP2 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd., which is a release material, for 3 hours of immersion at a liquid temperature of 60 to 70 ° C. for 3 hours. 180 is removed. When the dry film resist 180 has been completely removed, the workpiece is washed, washed with water and dried to complete the pressure chamber member.
次いで、圧電体素子の個別化の工程を行う。 Next, a process of individualizing the piezoelectric element is performed.
図９は、本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造方法における、基板除去、上電極個別化、圧電体層個別化の形成工程を示す説明図である。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing formation steps of substrate removal, individualization of the upper electrode, and individualization of the piezoelectric layer in the method for manufacturing the ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention.
まず、図９（ａ）に示すように、Ｓｉ製の基板１２０及び密着層１２１をエッチング等により除去する（図９（ａ）は既に基板１２０と密着層１２１が除去された状態を示している）。エッチングを行う前に研削加工等によりあらかじめ基板１２０の一部を除去しておくことによりエッチング時間を短縮し、基板１２０を除去する時間を短くすることも可能である。 First, as shown in FIG. 9A, the Si substrate 120 and the adhesion layer 121 are removed by etching or the like (FIG. 9A shows a state where the substrate 120 and the adhesion layer 121 have already been removed. ). The etching time can be shortened by removing a part of the substrate 120 in advance by grinding or the like before etching, and the time for removing the substrate 120 can be shortened.
続いて、図９（ｂ）に示すように、圧力室部材１４０によって周囲を囲まれた圧力発生室１０２に対向する領域、即ち圧電体能動部９（図２参照）に対応する部位の上電極１０３について、フォトリソグラフィー技術でエッチングし、各圧力発生室１０２毎に個別化する。この時同時に上電極１０３とともに、上電極１０３から延設されるリード配線７（図２参照）、電極パッド部（図示せず）を所定形状にエッチングして形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 9B, the upper electrode in a region corresponding to the pressure generating chamber 102 surrounded by the pressure chamber member 140, that is, a portion corresponding to the piezoelectric active portion 9 (see FIG. 2). 103 is etched by a photolithographic technique, and individualized for each pressure generation chamber 102. At the same time, the lead electrode 7 (see FIG. 2) and the electrode pad portion (not shown) extending from the upper electrode 103 are etched into a predetermined shape together with the upper electrode 103.
そして、図９（ｃ）に示すように、圧電体層１１０を所定形状になるように感光性樹脂を塗布及び現像して所定形状にパターンニングし、ドライエッチング法により圧電体素子の個別化を行う。これらエッチング後の上電極１０３と圧電体層１１０で形成された圧電体能動部９（図２参照）は、圧力発生室１０２に対向する領域に形成され、かつ上電極１０３及び圧電体層１１０の幅方向の中心が、対応する圧力発生室１０２の幅方向の中心に対し高精度に一致するように形成される。なお圧電体層１１０のエッチング形状は上電極１０３側が狭く、圧力発生室１０２側に徐々に広がっていく順テーパー台形形状（図示せず）になっている。また圧電体層１１０のエッチングはドライエッチングにより行ったが、ウェットエッチング法により形成しても良い。 Then, as shown in FIG. 9C, a photosensitive resin is applied and developed so that the piezoelectric layer 110 has a predetermined shape, and is patterned into a predetermined shape, and the piezoelectric elements are individualized by a dry etching method. Do. The piezoelectric active portion 9 (see FIG. 2) formed by the upper electrode 103 and the piezoelectric layer 110 after the etching is formed in a region facing the pressure generating chamber 102 and the upper electrode 103 and the piezoelectric layer 110 are formed. The center in the width direction is formed to coincide with the center in the width direction of the corresponding pressure generation chamber 102 with high accuracy. The etching shape of the piezoelectric layer 110 is a forward tapered trapezoidal shape (not shown) that is narrow on the upper electrode 103 side and gradually spreads toward the pressure generating chamber 102 side. The etching of the piezoelectric layer 110 is performed by dry etching, but may be formed by wet etching.
このように上電極１０３及び圧電体層１１０を圧力発生室１０２毎に個別化して圧電体素子を形成する。なお実施の形態１では、圧力室部材１４０をＮｉを用いた電気メッキ法（電鋳メッキ）により形成したが、振動板１１１形成後に他の手法を用いて直接圧力室部材１４０を形成してもよい。 In this way, the upper electrode 103 and the piezoelectric layer 110 are individualized for each pressure generation chamber 102 to form a piezoelectric element. In the first embodiment, the pressure chamber member 140 is formed by electroplating using Ni (electroforming plating). However, even if the pressure chamber member 140 is formed directly using another method after the diaphragm 111 is formed. Good.
また実施の形態１では成膜用の基板１２０上に順次上電極１０３以下の膜を積層し、その後成膜用の基板１２０を除去する方法を用いたが、圧力室部材１４０の上に複数の層から構成される振動板１１１を形成し、順次下電極１１２、絶縁体層１１５、圧電体層１１０、上電極１０３を形成してもよい。その場合には圧力室部材１４０と振動板１１１は直接形成法により形成される。 In the first embodiment, a method in which a film below the upper electrode 103 is sequentially stacked on the film formation substrate 120 and then the film formation substrate 120 is removed is used. The diaphragm 111 composed of layers may be formed, and the lower electrode 112, the insulator layer 115, the piezoelectric layer 110, and the upper electrode 103 may be formed sequentially. In that case, the pressure chamber member 140 and the diaphragm 111 are formed by a direct forming method.
図１０は、本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造方法における、インク流路部材及びノズル板の生成工程、インク流路部材とノズル板との接着工程、圧力室部材とインク流路部材との接着工程及び完成したインクジェットヘッドを示す説明図である。 FIG. 10 shows an ink flow path member and nozzle plate generation process, an ink flow path member and nozzle plate bonding process, a pressure chamber member and an ink flow path in the inkjet head manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention. It is explanatory drawing which shows the adhesion process with a member, and the completed inkjet head.
次に、図１０（ａ）に示すように、インク流路部材Ｃに共通液室１０５、供給口１０６及びインク流路１０７を形成するとともに、ノズル板Ｄにノズル孔１０８を形成する。次いで、図１０（ｂ）に示すように、インク流路部材Ｃとノズル板Ｄとを接着剤１０９を用いて接着する。 Next, as shown in FIG. 10A, the common liquid chamber 105, the supply port 106, and the ink flow path 107 are formed in the ink flow path member C, and the nozzle hole 108 is formed in the nozzle plate D. Next, as shown in FIG. 10B, the ink flow path member C and the nozzle plate D are bonded using an adhesive 109.
その後、図１０（ｃ）に示すように、圧力室部材Ａの下端面又はインク流路部材Ｃの上端面に接着剤（図示せず）を転写し、圧力室部材Ａとインク流路部材Ｃとのアライメント調整を行って、この両者を接着剤により接着する。 Thereafter, as shown in FIG. 10C, an adhesive (not shown) is transferred to the lower end surface of the pressure chamber member A or the upper end surface of the ink channel member C, and the pressure chamber member A and the ink channel member C are transferred. The two are bonded together with an adhesive.
以上により、図１０（ｄ）に示すように、圧力室部材Ａ、圧電体素子部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄを持つインクジェットヘッドが完成する。 As a result, the ink jet head having the pressure chamber member A, the piezoelectric element portion B, the ink flow path member C, and the nozzle plate D is completed as shown in FIG.
図１１は、本発明の実施の形態１に係るインクジェット式記録装置の構成図である。 FIG. 11 is a configuration diagram of the ink jet recording apparatus according to the first embodiment of the present invention.
以降、本発明のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット式記録装置について説明する。 Hereinafter, an ink jet recording apparatus equipped with the ink jet head of the present invention will be described.
このインクジェット式記録装置２７は、上述してきたインクジェットヘッド２８を備えている。このインクジェットヘッド２８において圧力発生室に連通するように設けたノズル孔から該圧力発生室内のインクを記録媒体２９（記録紙等）に吐出させて記録を行うように構成されている。 The ink jet recording apparatus 27 includes the ink jet head 28 described above. The ink jet head 28 is configured to perform recording by ejecting ink in the pressure generating chamber to a recording medium 29 (recording paper or the like) from a nozzle hole provided so as to communicate with the pressure generating chamber.
インクジェットヘッド２８は、主走査方向Ｘに延びるキャリッジ軸３０に設けられたキャリッジ３１に搭載されていて、このキャリッジ３１がキャリッジ軸３０に沿って往復動するのに応じて主走査方向Ｘに往復動するように構成されている。このことで、キャリッジ３１は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを主走査方向Ｘに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。 The ink jet head 28 is mounted on a carriage 31 provided on a carriage shaft 30 extending in the main scanning direction X, and reciprocates in the main scanning direction X as the carriage 31 reciprocates along the carriage shaft 30. Is configured to do. Thus, the carriage 31 constitutes a relative movement unit that relatively moves the inkjet head 28 and the recording medium 29 in the main scanning direction X.
また、このインクジェット式記録装置２７は、上記記録媒体２９をインクジェットヘッド２８の主走査方向Ｘ（幅方向）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数のローラ３２を備えている。このことで、複数のローラ３２は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを副走査方向Ｙに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。なお図１１において、Ｚは上下方向である。 The ink jet recording apparatus 27 includes a plurality of rollers 32 that move the recording medium 29 in the sub scanning direction Y substantially perpendicular to the main scanning direction X (width direction) of the ink jet head 28. Thus, the plurality of rollers 32 constitute a relative moving unit that relatively moves the inkjet head 28 and the recording medium 29 in the sub-scanning direction Y. In FIG. 11, Z is the vertical direction.
そして、インクジェットヘッド２８がキャリッジ３１により主走査方向Ｘに移動しているときに、インクジェットヘッド２８のノズル孔からインクを記録媒体２９に吐出させ、この一走査の記録が終了すると、上記ローラ３２により記録媒体２９を所定量移動させて次の一走査の記録を行う。 When the inkjet head 28 is moved in the main scanning direction X by the carriage 31, ink is ejected from the nozzle holes of the inkjet head 28 onto the recording medium 29. The recording medium 29 is moved by a predetermined amount to perform the next one-scan recording.
従って、このインクジェット式記録装置２７は、上記実施の形態と同様のインクジェットヘッド２８を備えているので、良好な印字性能を有している。 Accordingly, since the ink jet recording apparatus 27 includes the ink jet head 28 similar to that in the above embodiment, the ink jet recording apparatus 27 has good printing performance.
以上説明したように，本発明はインクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法、及びインクジェット式記録装置に最適である。 As described above, the present invention is most suitable for an ink jet head, an ink jet head manufacturing method, and an ink jet recording apparatus.
１ａ 開口部
１ｂ 開口部
２ 圧力発生室
３ 振動板
３ａ 第１の振動板
３ｂ 第２の振動板
４ 下電極
５ 圧電体層
６ 上電極
７ リード配線
８ 圧力室隔壁
９ 圧電体能動部
１０ 樹脂膜
１１ 絶縁体層
２７ インクジェット式記録装置
２８ インクジェットヘッド
２９ 記録媒体
３０ キャリッジ軸
３１ キャリッジ（相対移動手段）
３２ ローラ
１０２ 圧力発生室
１０３ 上電極
１０５ 共通液室
１０６ 供給口
１０７ インク流路
１０８ ノズル孔
１０９ 接着剤
１１０ 圧電体層
１１１ 振動板
１１２ 下電極
１１５ 絶縁体層
１２０ 基板
１２１ 密着層
１３０ 樹脂層
１４０ 圧力室部材
１８０ レジスト、ドライフィルムレジスト
１９０ ワーク
２００ メッキ槽
２１０ カソード電極
２２０ アノード電極
２３０ 遮蔽板
２４０ 整流器
２５０ リザーブタンク
２５５ ヒーター
２６０ ポンプ
２７０ フィルター
２８０ 流量計
Ａ 圧力室部材
Ｂ 圧電体素子部
Ｃ インク流路部材
Ｄ ノズル板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Opening part 1b Opening part 2 Pressure generating chamber 3 Diaphragm 3a 1st vibrating plate 3b 2nd vibrating plate 4 Lower electrode 5 Piezoelectric layer 6 Upper electrode 7 Lead wiring 8 Pressure chamber partition 9 Piezoelectric active part 10 Resin film DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Insulator layer 27 Inkjet recording device 28 Inkjet head 29 Recording medium 30 Carriage shaft 31 Carriage (relative movement means)
32 roller 102 pressure generation chamber 103 upper electrode 105 common liquid chamber 106 supply port 107 ink flow path 108 nozzle hole 109 adhesive 110 piezoelectric layer 111 diaphragm 112 lower electrode 115 insulator layer 120 substrate 121 adhesion layer 130 resin layer 140 pressure Chamber member 180 Resist, dry film resist 190 Work 200 Plating tank 210 Cathode electrode 220 Anode electrode 230 Shield plate 240 Rectifier 250 Reserve tank 255 Heater 260 Pump 270 Filter 280 Flowmeter A Pressure chamber member B Piezoelectric element part C Ink flow path member D Nozzle plate
Claims (23)
この圧電体素子に設けられた振動板と、
この振動板の前記圧電体素子とは反対側に設けられ、インクを収容する圧力室部材と、を備え、
前記振動板を膜厚方向に少なくとも２つの異なる材料を積層して構成し、
前記振動板のインクと接する部分と前記圧力室部材を、主成分が同一の材料で構成したインクジェットヘッド。 A piezoelectric element;
A diaphragm provided in the piezoelectric element;
Provided on the opposite side of the diaphragm from the piezoelectric element, and a pressure chamber member for containing ink,
The diaphragm is configured by laminating at least two different materials in the film thickness direction,
An ink jet head in which a portion of the diaphragm in contact with ink and the pressure chamber member are made of the same material.
この圧電体素子のいずれかの電極の面に設けられた振動板と、
この振動板の前記圧電体素子とは反対側の面に設けられ、インクを収容する圧力室の隔壁を構成する圧力室部材とを備え、
前記振動板を膜厚方向に少なくとも２つの異なる材料を積層して構成し、
前記振動板のインクと接する層と前記圧力室部材を、主成分が同一の材料で構成したインクジェットヘッド。 A piezoelectric element having a piezoelectric body between the electrodes;
A diaphragm provided on the surface of any electrode of the piezoelectric element;
A pressure chamber member provided on a surface of the diaphragm opposite to the piezoelectric element, and constituting a partition wall of a pressure chamber for containing ink;
The diaphragm is configured by laminating at least two different materials in the film thickness direction,
An ink jet head in which a layer of the diaphragm in contact with ink and the pressure chamber member are made of the same material.
前記振動板の各層を異なる種類の金属膜で構成したインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2,
An ink jet head in which each layer of the diaphragm is composed of different types of metal films.
前記振動板の各層の一を樹脂膜で構成したインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2,
An ink jet head in which one of the layers of the diaphragm is formed of a resin film.
前記振動板において、前記圧電体素子側に設けられている金属膜のヤング率を他方の金属膜より小さくしたインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2,
An inkjet head in which the Young's modulus of a metal film provided on the piezoelectric element side in the diaphragm is smaller than that of the other metal film.
前記振動板の各層の一を脆性材料で構成したインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2,
An ink jet head in which one of the layers of the diaphragm is made of a brittle material.
前記圧力室部材を主にＮｉ、Ｃｒ、Ｃｕ又はそれらの合金で構成したインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2,
An ink jet head in which the pressure chamber member is mainly composed of Ni, Cr, Cu or an alloy thereof.
前記圧力室部材を主にＮｉで構成するとともに、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｒｕのいずれかを添加したインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2,
An ink jet head in which the pressure chamber member is mainly made of Ni and added with any one of Co, Mo, and Ru.
前記圧力室部材の硬度（Ｈｖ）を４００〜６００としたインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2,
An ink jet head in which the pressure chamber member has a hardness (Hv) of 400 to 600.
前記圧電体素子は、
一組の電極と、
この電極間に設けられた圧電体で構成され、
前記電極に覆われ、前記圧電体を実際に駆動する領域である圧電能動部の領域の外周から略等距離間隔大きい相似形状により形成された圧力室が複数列に並設されているインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1,
The piezoelectric element is
A set of electrodes;
Consists of a piezoelectric body provided between the electrodes,
An ink jet head in which pressure chambers covered by the electrodes and formed in a similar shape having a substantially equal distance from the outer periphery of a region of a piezoelectric active portion that is a region for actually driving the piezoelectric body are arranged in a plurality of rows.
前記電極に覆われ、前記圧電体を実際に駆動する領域である圧電能動部の領域の外周から略等距離間隔大きい相似形状により形成された圧力室が複数列に並設されているインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 2,
An ink jet head in which pressure chambers covered by the electrodes and formed in a similar shape having a substantially equal distance from the outer periphery of a region of a piezoelectric active portion that is a region for actually driving the piezoelectric body are arranged in a plurality of rows.
前記圧力室に挟まれた圧力室隔壁の断面形状を、前記振動板側が広く、前記圧力室の開口部に向かって狭くなる台形形状としたインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2,
An ink jet head having a pressure chamber partition wall sandwiched between the pressure chambers having a trapezoidal shape in which the diaphragm side is wide and narrows toward the opening of the pressure chamber.
前記圧力室部材の開口部側表面の反射率を６０％以上としたインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2,
An inkjet head in which the reflectance of the opening side surface of the pressure chamber member is 60% or more.
この圧電体素子のいずれかの電極の面に設けられた振動板と、
この振動板の前記圧電体素子とは反対側の面に設けられ、インクを収容する圧力室の隔壁を構成する圧力室部材とを備え、
前記圧電体素子の圧電効果により前記振動板を膜厚方向に変位させて上記圧力室のインクを吐出させるように構成されたインクジェットヘッドであって、
前記圧力室部材を前記振動板に直接形成したインクジェットヘッド。 A piezoelectric element having a piezoelectric body between the electrodes;
A diaphragm provided on the surface of any electrode of the piezoelectric element;
A pressure chamber member provided on a surface of the diaphragm opposite to the piezoelectric element, and constituting a partition wall of a pressure chamber for containing ink;
An inkjet head configured to discharge the ink in the pressure chamber by displacing the diaphragm in the film thickness direction by the piezoelectric effect of the piezoelectric element,
An ink jet head in which the pressure chamber member is directly formed on the diaphragm.
前記圧力室部材を電気メッキ法によって前記振動板に直接形成したインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 14, wherein
An ink jet head in which the pressure chamber member is directly formed on the diaphragm by electroplating.
前記振動板が樹脂層を含み、前記樹脂層が電着法により形成されているインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 14, wherein
An inkjet head in which the diaphragm includes a resin layer, and the resin layer is formed by an electrodeposition method.
前記樹脂層の上に前記圧力室部材と同一材料の金属膜が形成されているインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 16, wherein
An inkjet head in which a metal film made of the same material as the pressure chamber member is formed on the resin layer.
前記樹脂層の上に前記圧力室部材とは異なる材料で構成される密着層を設けたインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 16, wherein
An inkjet head in which an adhesive layer made of a material different from that of the pressure chamber member is provided on the resin layer.
この圧電体素子のいずれかの電極の面に設けられた振動板と、
この振動板の圧電体素子とは反対側の面に設けられ、インクを収容する圧力室の隔壁を構成する圧力室部材とを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記振動板上にドライフィルムレジストを貼り付ける工程と、
前記ドライフィルムレジストを露光、現像して所定のパターンに形成する工程と、
前記パターンに前記ドライフィルムレジストの厚みより厚い膜厚で電気メッキ法により圧力室部材を形成する工程と、
電気メッキ後に研削法により前記圧力室部材を所定の厚みにする工程と、
前記ドライフィルムレジストを除去する工程と、を有するインクジェットヘッドの製造方法。 A piezoelectric element provided with a piezoelectric body between the electrodes;
A diaphragm provided on the surface of any electrode of the piezoelectric element;
A method of manufacturing an ink-jet head comprising a pressure chamber member provided on a surface of the vibration plate opposite to the piezoelectric element and constituting a partition wall of a pressure chamber for containing ink,
Adhering a dry film resist on the diaphragm;
A step of exposing and developing the dry film resist to form a predetermined pattern;
Forming a pressure chamber member by electroplating with a thickness greater than the thickness of the dry film resist in the pattern;
A step of making the pressure chamber member a predetermined thickness by a grinding method after electroplating;
And a step of removing the dry film resist.
前記電気メッキ法により前記圧力室部材を形成する工程において、印加する電流密度を４〜１４Ａ／ｄｍ2とするインクジェットヘッドの製造方法。 A method for manufacturing an inkjet head according to claim 19,
A method for manufacturing an ink jet head, wherein the applied current density is 4 to 14 A / dm 2 in the step of forming the pressure chamber member by the electroplating method.
前記電気メッキ法により前記圧力室部材を形成する工程のメッキ浴の応力管理を、加工物とは別の試験片の反り量から算出した応力により行うようにしたインクジェットヘッドの製造方法。 A method for manufacturing an inkjet head according to claim 19,
A method of manufacturing an ink-jet head, wherein stress management of a plating bath in a step of forming the pressure chamber member by the electroplating method is performed by a stress calculated from a warpage amount of a test piece different from a workpiece.
前記電気メッキ法により前記圧力室部材を形成工程のメッキ浴の温度を３０〜５０℃としたインクジェットヘッドの製造方法。 A method for manufacturing an inkjet head according to claim 19,
A method of manufacturing an ink-jet head, wherein the temperature of the plating bath in the step of forming the pressure chamber member by the electroplating method is 30 to 50 ° C.
このインクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、
この相対移動手段により前記インクジェットヘッドが前記記録媒体に対して相対移動しているときに、
前記インクジェットヘッドにおいて前記圧力室に連通するように設けたノズル孔から、前記圧力室に収容されたインクを前記記録媒体に吐出させて記録を行うように構成したインクジェット式記録装置。 The inkjet head according to any one of claims 1 to 18, and
A relative movement means for relatively moving the inkjet head and the recording medium,
When the inkjet head is moved relative to the recording medium by the relative movement means,
An ink jet recording apparatus configured to perform recording by discharging ink contained in the pressure chamber to the recording medium from a nozzle hole provided to communicate with the pressure chamber in the ink jet head.
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