JP2010221434A - Liquid jetting head, method for manufacturing the same, and liquid jetting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle opening, a manufacturing method thereof, and a liquid ejecting apparatus, and more particularly to an ink jet recording head that ejects ink as a liquid, a manufacturing method thereof, and an ink jet recording apparatus.
液体噴射ヘッドの代表的な例としては、ノズルからインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、インク滴を噴射するノズルと連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるものがある。また、インクジェット式記録ヘッドに採用される圧電素子としては、例えば、一対の電極とこれらの電極間に挟持される圧電体層とからなるものが知られている。 A typical example of the liquid ejecting head is an ink jet recording head that ejects ink droplets from nozzles. As an ink jet recording head, for example, a part of a pressure generation chamber communicating with a nozzle for ejecting ink droplets is configured by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize ink in the pressure generation chamber. Some eject ink droplets from nozzles. In addition, as a piezoelectric element employed in an ink jet recording head, for example, an element composed of a pair of electrodes and a piezoelectric layer sandwiched between these electrodes is known.
このようなインクジェット式記録ヘッドに搭載された圧電素子では、圧力発生室を画成する隔壁によって振動板が拘束されることにより、所望の変位量を得ることができないという問題がある。 In the piezoelectric element mounted on such an ink jet recording head, there is a problem that a desired displacement amount cannot be obtained because the diaphragm is constrained by the partition wall defining the pressure generating chamber.
このため、圧力発生室を画成する隔壁の振動板側に、圧力発生室に開口する凹部を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 For this reason, what provided the recessed part opened to a pressure generation chamber is proposed in the diaphragm side of the partition which defines a pressure generation chamber (for example, refer patent document 1).
しかしながら、特許文献２の構成であっても隔壁による振動板の拘束力が大きく、所望の変位量を得ることができないという問題がある。また、隔壁と振動板との接合領域を減少させると、圧電素子の変位量を向上することができるものの、隔壁と振動板との接合強度が低下し、耐久性及び信頼性が低下してしまうという問題がある。 However, even with the configuration of Patent Document 2, there is a problem that the restraining force of the diaphragm due to the partition walls is large and a desired amount of displacement cannot be obtained. Further, if the bonding area between the partition wall and the diaphragm is reduced, the displacement amount of the piezoelectric element can be improved, but the bonding strength between the partition wall and the diaphragm is decreased, and durability and reliability are decreased. There is a problem.
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに限定されず、他の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。 Such a problem is not limited to the ink jet recording head, and similarly exists in a liquid ejecting head that ejects another liquid.
本発明はこのような事情に鑑み、耐久性を低下させることなく、変位量を向上することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid ejecting head, a manufacturing method thereof, and a liquid ejecting apparatus capable of improving the amount of displacement without reducing durability.
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられた振動板と、該振動板上に設けられて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、を具備し、前記圧力発生室の並設方向の側面を画成する隔壁と前記振動板とが前記圧力発生室の並設方向と交差する方向に沿って複数設けられた無機材料からなる柱状部材によって接合されていると共に、前記隔壁と前記振動板との間の前記柱状部材の周囲には、樹脂からなる接着層が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、振動板の隔壁による拘束を低減させて、振動板の変位特性を向上することができる。また、振動板と隔壁とを接着層と柱状部材とで接合することで、振動板と隔壁との接合強度が低下して剥離等の不具合が発生するのを抑制することができる。さらに、振動板と隔壁との隙間が柱状部材によって規定されるため、樹脂のはみ出しや不足などによる変位特性のばらつきを抑制することができる。
An aspect of the present invention that solves the above problems includes a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, and a vibration plate provided on one side of the flow path forming substrate, Pressure generating means provided on the diaphragm for causing a pressure change in the pressure generating chamber, and a partition that defines a side surface in the juxtaposition direction of the pressure generating chamber and the diaphragm are the pressure Joined by a plurality of columnar members made of an inorganic material along a direction intersecting the direction in which the generation chambers are juxtaposed, and the periphery of the columnar member between the partition wall and the diaphragm is made of resin. In the liquid ejecting head, an adhesive layer is formed.
In such an aspect, it is possible to improve the displacement characteristics of the diaphragm by reducing the restraint by the diaphragm of the diaphragm. In addition, by joining the diaphragm and the partition wall with the adhesive layer and the columnar member, it is possible to suppress the occurrence of problems such as peeling due to a decrease in the bonding strength between the diaphragm and the partition wall. Furthermore, since the gap between the diaphragm and the partition wall is defined by the columnar member, it is possible to suppress variation in displacement characteristics due to the protrusion or shortage of the resin.
ここで、前記柱状部材が、前記振動板の一部で形成されていることが好ましい。これによれば、振動板と柱状部材とを接合する必要がなく、接合強度不足による剥離等を抑制することができる。 Here, it is preferable that the columnar member is formed by a part of the diaphragm. According to this, it is not necessary to join a diaphragm and a columnar member, and peeling due to insufficient joining strength can be suppressed.
また、前記振動板が、前記流路形成基板側に酸化シリコンからなる弾性膜を有していてもよい。 The diaphragm may have an elastic film made of silicon oxide on the flow path forming substrate side.
さらに、本発明の他の態様は、上記態様に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、耐久性を低下させることなく、変位特性を向上して印刷品質を向上した液体噴射装置を実現できる。
According to another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to the above aspect.
In this aspect, it is possible to realize a liquid ejecting apparatus that improves the displacement characteristics and improves the print quality without reducing the durability.
また、本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられた振動板と、該振動板上に設けられて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、を具備し、前記圧力発生室の並設方向の側面を画成する隔壁と前記振動板とが前記圧力発生室の並設方向と交差する方向に沿って複数設けられた無機材料からなる柱状部材によって接合され、且つ前記隔壁と前記振動板との間の前記柱状部材の周囲には、樹脂からなる接着層が設けられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板の一方面にマスク膜を形成する工程と、前記流路形成基板の一方面に形成されたマスク膜の前記柱状部材が形成される領域が除去された除去部を形成する工程と、前記除去部が形成された前記マスク膜上に前記振動板を形成することで、当該振動板に前記除去部内に設けられた前記柱状部材を形成する工程と、前記流路形成基板を他方面からエッチングして前記隔壁によって区画された前記圧力発生室を形成する工程と、前記圧力発生室側から前記マスク膜を除去する工程と、前記マスク膜を除去することで形成された前記隔壁と前記振動板との隙間に樹脂を充填して前記接着層を形成する工程と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、振動板と隔壁との隙間を柱状部材によって規定することができ、振動板と隔壁との隙間に確実に樹脂を充填することができる。これにより、樹脂からなる接着層のはみ出しや不足などによる変位特性のばらつきを抑制することができる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate in which a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, a vibration plate provided on one surface side of the flow path forming substrate, Pressure generating means provided on the diaphragm for causing a pressure change in the pressure generating chamber, and a partition that defines a side surface of the pressure generating chamber in the juxtaposed direction and the diaphragm generate the pressure. Bonded by a plurality of columnar members made of an inorganic material along a direction crossing the direction in which the chambers are juxtaposed, and an adhesive layer made of a resin around the columnar members between the partition walls and the diaphragm And a columnar member of the mask film formed on one surface of the flow path forming substrate, and a step of forming a mask film on one surface of the flow path forming substrate. A process to form a removal part from which the region to be formed has been removed A step of forming the columnar member provided in the removal portion on the vibration plate by forming the vibration plate on the mask film on which the removal portion is formed; Etching from the direction to form the pressure generating chamber partitioned by the partition; removing the mask film from the pressure generating chamber; and the partition formed by removing the mask film; And a step of filling the resin with a gap between the diaphragm and the adhesive layer to form the adhesive layer.
In such an embodiment, the gap between the diaphragm and the partition can be defined by the columnar member, and the gap between the diaphragm and the partition can be reliably filled with resin. Thereby, the dispersion | variation in the displacement characteristic by the protrusion of the adhesive layer which consists of resin, lack, etc. can be suppressed.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの平面図及びＡ−Ａ′断面図であり、図３は、図２（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating an ink jet recording head that is an example of a liquid ejecting head according to
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩを構成する流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化シリコンを主成分とする弾性膜５０が形成されている。
The flow
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられていることになる。
A plurality of
本実施形態では、弾性膜５０が振動板の最下層を構成しており、振動板（弾性膜５０）と隔壁１１とは、圧力発生室１２の並設方向と交差する方向（本実施形態では、隔壁１１の長手方向）に沿って設けられた複数の柱状部材５１によって接合されている。
In the present embodiment, the
柱状部材５１は、無機材料からなり、本実施形態では、振動板の最下層である弾性膜５０の一部によって形成した。すなわち、柱状部材５１は、弾性膜５０に連続して設けられた二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。
The
このような柱状部材５１は、圧力発生室１２の開口側（後述するノズルプレート２０側）から平面視した際に、端面が円形状であっても、矩形状であってもよい。
Such a
また、柱状部材５１の圧力発生室１２の開口側から平面視した際の大きさは、特に限定されないが、圧力発生室１２内に突出しない程度の大きさであるのが好ましい。これは、柱状部材５１が隔壁１１の厚さよりも厚く形成されており、柱状部材５１が圧力発生室１２内に突出していると、柱状部材５１が後述する圧電素子３００の変位を阻害してしまうからである。本実施形態では、柱状部材５１を隔壁１１の厚さよりも薄くなるように形成した。
Further, the size of the
また、隔壁１１と振動板（弾性膜５０）との間には、樹脂材料からなる接着層５２が設けられている。接着層５２は、インクジェット式記録ヘッドＩで使用されるインク（液体）に対して耐久性があるものである必要がある。接着層５２としては、例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、ポリイミド系樹脂等を用いることができる。
In addition, an
なお、接着層５２は、柱状部材５１の周囲に、隔壁１１の弾性膜５０側の端面と弾性膜５０との間に亘って連続して設けられている。
The
このような、柱状部材５１及び接着層５２は、少なくとも圧力発生室１２を画成する隔壁１１と振動板（弾性膜５０）との間に設ければよく、隔壁１１を延設して画成したインク供給路１４や連通路１５が設けられた領域の隔壁１１と弾性膜５０との間には不要なものである。もちろん、圧力発生室１２、インク供給路１４及び連通路１５を画成する隔壁１１と弾性膜５０との間に柱状部材５１と接着層５２とを設けるようにしてもよい。
The
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
Further, on the opening surface side of the flow
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウムを主成分とする絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とが積層形成されて圧電素子３００（本実施形態の圧力発生素子）を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
On the other hand, an
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。
The
圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を０．５〜５μｍ前後の厚さで形成した。
The
圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
Each
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバー部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
On the flow
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
A piezoelectric
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
As such a
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
The
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路２００が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
A drive circuit 200 for driving the
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバー１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
In addition, a
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、インクカートリッジやインクタンクなどのインク貯留手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
In the ink jet recording head I of this embodiment, ink is taken in from an ink introduction port connected to an ink storage means such as an ink cartridge or an ink tank, and the interior is filled with ink from the
また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、圧力発生室１２を画成する隔壁１１と振動板（弾性膜５０）とを、柱状部材５１と接着層５２とで接合するようにした。このため、比較的剛性の低い樹脂からなる接着層５２によって、振動板の隔壁１１による拘束力を低減させて、振動板の変位量を向上することができる。また、隔壁１１と振動板とを、比較的剛性が高く、接合強度が高い無機材料からなる柱状部材５１で部分的に接合することで、隔壁１１と振動板との接合強度を確保して、圧電素子３００を繰り返し駆動した際に、振動板が流路形成基板１０から剥離するなどの不具合が発生するのを抑制することができる。
Further, in the ink jet recording head I of the present embodiment, the
また、隔壁１１と振動板とを柱状部材５１で接合することで、隔壁１１と振動板との隙間を高精度に調整することができる。ちなみに、隔壁１１と振動板とを接着層５２（接着剤）のみで接着することも考えられるものの、隔壁１１と振動板とを接着層５２のみで接着すると、押圧する圧力や接着剤の粘性などによって、隔壁１１と振動板との隙間にばらつきが生じ、接着剤が不足したり、圧力発生室１２内に突出や流出するなどの不具合が発生する。そして、接着剤の付着量によって、振動板及び圧電素子３００の変位特性にばらつきが生じてしまう。これに対して、本実施形態では、隔壁１１と振動板とを柱状部材５１で接合しているため、柱状部材５１の高さによって隔壁１１と弾性膜５０との隙間を高精度に調整することができる。特に、詳しくは後述するが、柱状部材５１を成膜及びリソグラフィー法によって形成することで、形成する高さを高精度に制御することができる。このように柱状部材５１によって隔壁１１と振動板との隙間を規定した状態で、隔壁１１と振動板との間に接着剤を充填して接着層５２を形成すれば、接着剤の余分な領域への流出や、形成不良などを抑制して、振動板及び圧電素子３００の変位特性を均一化することができる。
Further, by joining the
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドＩの製造方法について図４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の並設方向の断面図である。 Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head I will be described with reference to FIGS. 4 to 7 are cross-sectional views in the juxtaposition direction of the pressure generating chambers showing the method of manufacturing the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.
まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー１１０の一方面にマスク膜５３を形成すると共に、マスク膜５３の柱状部材５１が形成される領域を除去して除去部５４を形成する。本実施形態では、窒化シリコンからなるマスク膜５３をスパッタリング法又は化学蒸着法（ＣＶＤ法）により形成した。また、除去部５４は、マスク膜５３上に新たにマスクを形成し、マスクを介してエッチングすることで形成した。
First, as shown in FIG. 4A, a
次に、図４（ｂ）に示すように、マスク膜５３上に二酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。弾性膜５０は、例えば、スパッタリング法又は化学蒸着法（ＣＶＤ法）により形成することができる。このようにマスク膜５３上に形成された弾性膜５０は、除去部５４内に充填された状態で形成される。このように除去部５４内に充填するように形成された弾性膜５０の一部が柱状部材５１となる。
Next, as shown in FIG. 4B, an
次に、図４（ｃ）に示すように、弾性膜５０上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。本実施形態では、弾性膜５０上に、ジルコニウムを主成分とするジルコニウム層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウムを主成分とする絶縁体膜５５を形成した。
Next, as shown in FIG. 4C, an
次に、図４（ｄ）に示すように、絶縁体膜５５上の全面に第１電極６０を形成すると共に、所定形状にパターニングする。この第１電極６０の材料は、特に限定されないが、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、第１電極６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。また、第１電極６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などにより形成することができる。
Next, as shown in FIG. 4D, the
次に、図５（ａ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる第２電極８０とを流路形成基板用ウェハー１１０の全面に形成する。なお、圧電体層７０の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 5A, for example, a
次に、図５（ｂ）に示すように、第２電極８０及び圧電体層７０を同時にエッチングすることにより各圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する。ここで、第２電極８０及び圧電体層７０のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 5C, a
次に、図６（ａ）に示すように、保護基板用ウェハー１３０を、流路形成基板用ウェハー１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハー１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハー１３０には、リザーバー部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。保護基板用ウェハー１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハー１１０の剛性は著しく向上することになる。
Next, as shown in FIG. 6A, the
次いで、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
Next, as shown in FIG. 6B, the flow path forming
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上にマスク１５０を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク１５０を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
Next, as shown in FIG. 7A, a
次に、図８（ａ）に示すように、圧力発生室１２側からウェットエッチングすることにより、マスク膜５３を除去する。これにより、圧力発生室１２が形成される領域の隔壁１１と弾性膜５０とは、柱状部材５１で接合される。
Next, as shown in FIG. 8A, the
次に、図８（ｂ）に示すように、隔壁１１と振動板との隙間、すなわち、柱状部材５１の周囲に硬化前の樹脂を流し込み、硬化させることで接着層５２を形成する。本実施形態では、接着層５２として接着剤を用いた。なお、隔壁１１と振動板との隙間は微小なことから、接着剤は隔壁１１と振動板との間に毛細管現象によって広がり、隔壁１１と振動板との隙間の全面に亘って塗布される。
Next, as shown in FIG. 8B, the
このように接着層５２を形成することで、接着層５２を所望の厚さで形成することができる。ちなみに、隔壁１１と振動板とを接着層５２（接着剤）のみで接着することも考えられるものの、隔壁１１と振動板とを接着層５２のみで接着すると、押圧する圧力や接着剤の粘性などによって、隔壁１１と振動板との隙間にばらつきが生じ、接着剤が圧力発生室１２内に流出するなどの不具合が発生する。そして、接着剤の付着量によって、振動板及び圧電素子３００の変位特性にばらつきが生じてしまう。これに対して、本実施形態では、隔壁１１と振動板とを柱状部材５１で接合しているため、柱状部材５１の高さによって隔壁１１と弾性膜５０との隙間を高精度に調整することができる。この柱状部材５１の高さは、上述のように柱状部材５１を成膜及びリソグラフィー法によって形成することで、高精度に制御することができる。このように柱状部材５１によって隔壁１１と振動板との隙間を規定した状態で、隔壁１１と振動板との間に接着剤を充填して接着層５２を形成すれば、接着剤の余分な領域への流出や、形成不良などを抑制して、振動板及び圧電素子３００の変位特性を均一化することができる。
By forming the
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０表面のマスク１５０を除去し、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
Thereafter, the
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、柱状部材５１を弾性膜５０のみで構成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、各柱状部材５１の一部にマスク膜５３が存在してもよい。柱状部材５１の一部にマスク膜５３を残留させる場合には、例えば、マスク膜５３を柱状部材５１の圧電素子３００側から平面視した際の中心部に残留させれば、柱状部材５１の周囲のマスク膜５３を除去した際に同時に除去されることがない。勿論、柱状部材５１として、弾性膜５０以外の材料、例えば、絶縁体膜５５と同じ酸化ジルコニウムを使用するようにしてもよいし、他の無機材料を用いるようにしてもよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the basic composition of this invention is not limited to what was mentioned above. For example, in the first embodiment described above, the
また、上述した実施形態１では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶面方位が（１００）面、（１１０）面等のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
Moreover, in
また、上述した実施形態１では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電素子３００を有するアクチュエーター装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のアクチュエーター装置や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のアクチュエーター装置などを使用することができる。また、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
In the first embodiment described above, the actuator device having the thin film type
また、これら上述したインクジェット式記録ヘッドＩは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図９は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。 The ink jet recording head I described above constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 9 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.
図９に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
In the ink jet recording apparatus II shown in FIG. 9, the
そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
The driving force of the driving
また、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
In the ink jet recording apparatus II described above, the ink jet recording head I (
さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。 Furthermore, the present invention is intended for a wide range of liquid jet heads in general, for example, for manufacturing recording heads such as various ink jet recording heads used in image recording apparatuses such as printers, and color filters such as liquid crystal displays. The present invention can also be applied to a coloring material ejecting head, an organic EL display, an electrode material ejecting head used for forming an electrode such as an FED (field emission display), a bioorganic matter ejecting head used for biochip production, and the like.
また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置ＩＩを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。 Further, although the ink jet recording apparatus II has been described as an example of the liquid ejecting apparatus, the liquid ejecting apparatus using the other liquid ejecting heads described above can also be used.
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ＩＩ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバー部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５１ 柱状部材、 ５２ 接着層、 ５３ マスク膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ リザーバー、 ３００ 圧電素子（圧力発生手段） I ink jet recording head (liquid ejecting head), II ink jet recording apparatus (liquid ejecting apparatus), 10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 13 communicating portion, 14 ink supply path, 15 communicating path, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 protective substrate, 31 reservoir portion, 32 piezoelectric element holding portion, 40 compliance substrate, 50 elastic film, 51 columnar member, 52 adhesive layer, 53 mask film, 55 insulator film, 60 first electrode, 70 piezoelectric Body layer, 80 second electrode, 90 lead electrode, 100 reservoir, 300 piezoelectric element (pressure generating means)
Claims (5)
前記圧力発生室の並設方向の側面を画成する隔壁と前記振動板とが前記圧力発生室の並設方向と交差する方向に沿って複数設けられた無機材料からなる柱状部材によって接合されていると共に、前記隔壁と前記振動板との間の前記柱状部材の周囲には、樹脂からなる接着層が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed; a vibration plate provided on one surface side of the flow path forming substrate; and the pressure generation provided on the vibration plate Pressure generating means for causing a pressure change in the chamber,
The partition walls defining the side surfaces of the pressure generating chambers in the juxtaposed direction and the diaphragm are joined by a columnar member made of an inorganic material provided in a direction intersecting the juxtaposed direction of the pressure generating chambers. In addition, an adhesive layer made of a resin is provided around the columnar member between the partition wall and the diaphragm.
前記流路形成基板の一方面にマスク膜を形成する工程と、
前記流路形成基板の一方面に形成されたマスク膜の前記柱状部材が形成される領域が除去された除去部を形成する工程と、
前記除去部が形成された前記マスク膜上に前記振動板を形成することで、当該振動板に前記除去部内に設けられた前記柱状部材を形成する工程と、
前記流路形成基板を他方面からエッチングして前記隔壁によって区画された前記圧力発生室を形成する工程と、
前記圧力発生室側から前記マスク膜を除去する工程と、
前記マスク膜を除去することで形成された前記隔壁と前記振動板との隙間に樹脂を充填して前記接着層を形成する工程と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed; a vibration plate provided on one surface side of the flow path forming substrate; and the pressure generation provided on the vibration plate Pressure generating means for causing a pressure change in the chambers, and the partition walls defining the side surfaces of the pressure generating chambers in the juxtaposed direction and the diaphragm in a direction intersecting the juxtaposed direction of the pressure generating chambers A liquid ejecting head manufacturing method in which a plurality of columnar members made of an inorganic material are joined together, and an adhesive layer made of a resin is provided around the columnar member between the partition wall and the diaphragm Because
Forming a mask film on one surface of the flow path forming substrate;
Forming a removal portion from which a region where the columnar member is formed of the mask film formed on one surface of the flow path forming substrate is removed;
Forming the columnar member provided in the removal portion on the vibration plate by forming the vibration plate on the mask film on which the removal portion is formed; and
Etching the flow path forming substrate from the other surface to form the pressure generating chamber partitioned by the partition; and
Removing the mask film from the pressure generating chamber side;
And a step of filling the gap between the partition wall formed by removing the mask film and the diaphragm to form the adhesive layer.
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|---|---|---|---|---|
| WO2012165322A1 (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-06 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | Inkjet head |
| JP2015006755A (en) * | 2013-06-25 | 2015-01-15 | セイコーエプソン株式会社 | Flow path unit, liquid jetting head, and liquid jetting device |
| US10618283B2 (en) | 2017-12-25 | 2020-04-14 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric device, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus |
| WO2023190353A1 (en) * | 2022-03-29 | 2023-10-05 | 京セラ株式会社 | Liquid dispensing head and recording device |
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