JP2015214127A - Ink jet head, manufacturing method of the same, and ink jet printer - Google Patents
Ink jet head, manufacturing method of the same, and ink jet printer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015214127A JP2015214127A JP2014099663A JP2014099663A JP2015214127A JP 2015214127 A JP2015214127 A JP 2015214127A JP 2014099663 A JP2014099663 A JP 2014099663A JP 2014099663 A JP2014099663 A JP 2014099663A JP 2015214127 A JP2015214127 A JP 2015214127A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ink
- chamber
- thickness
- wall
- piezoelectric element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、圧力室内のインクを外部に吐出させるインクジェットヘッドおよびその製造方法と、そのインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとに関するものである。 The present invention relates to an ink jet head that discharges ink in a pressure chamber to the outside, a manufacturing method thereof, and an ink jet printer that includes the ink jet head.
従来から、液体インクを吐出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている。用紙や布などの記録メディアに対してインクジェットヘッドを相対的に移動させながら、インクの吐出を制御することにより、記録メディアに対して二次元の画像を出力することができる。インクの吐出は、圧力式のアクチュエータ（圧電式、静電式、熱変形など）を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet printer including an ink jet head having a plurality of channels for discharging liquid ink is known. By controlling the ejection of ink while moving the inkjet head relative to a recording medium such as paper or cloth, a two-dimensional image can be output to the recording medium. Ink can be ejected using a pressure actuator (piezoelectric, electrostatic, thermal deformation, etc.) or by generating bubbles in the ink in the tube by heat. Among them, the piezoelectric actuator has advantages such as high output, modulation, high responsiveness, and choice of ink, and has been frequently used in recent years.
圧電式のアクチュエータには、バルク状の圧電体を用いたものと、薄膜の圧電体（圧電薄膜）を用いたものとがある。前者は出力が大きいため、大きな液滴を吐出することができるが、大型でコストが高い。これに対して、後者は出力が小さいため、液滴量は大きくできないが、小型でコストが低い。高解像度（小液滴で良い）で小型、低コストのプリンタを実現するには、圧電薄膜を用いてアクチュエータを構成することが適していると言える。 Piezoelectric actuators include those using a bulk piezoelectric body and those using a thin film piezoelectric body (piezoelectric thin film). Since the former has a large output, large droplets can be discharged, but it is large and expensive. On the other hand, since the latter has a small output, the amount of droplets cannot be increased, but is small and low in cost. In order to realize a small, low-cost printer with high resolution (small droplets may be sufficient), it can be said that it is suitable to configure an actuator using a piezoelectric thin film.
アクチュエータに圧電薄膜を用いたインクジェットヘッドでは、厚さ数ミクロンのシリコン薄肉（振動板）上に、上部電極と下部電極とで圧電薄膜を挟んだ構造の圧電素子が形成される。この圧電素子にｋＨｚオーダーの高周波の電界を印加し、圧電薄膜が逆圧電効果により振動板の面内方向に伸縮することで振動板が振動（変位）する。これにより、振動板に接する圧力室の容積が変化し、圧力室内のインクを吐出することが可能となる。 In an inkjet head using a piezoelectric thin film as an actuator, a piezoelectric element having a structure in which a piezoelectric thin film is sandwiched between an upper electrode and a lower electrode is formed on a thin silicon (vibrating plate) having a thickness of several microns. A high frequency electric field of the order of kHz is applied to the piezoelectric element, and the diaphragm is vibrated (displaced) by expanding and contracting in the in-plane direction of the diaphragm due to the inverse piezoelectric effect. As a result, the volume of the pressure chamber in contact with the diaphragm changes, and ink in the pressure chamber can be ejected.
上記の圧電薄膜は、シリコン基板上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの化学的成膜法、スパッタ法やイオンプレーティング法といった物理的な方法、ゾルゲル法などの液相成長、などの成膜プロセスを用いて形成される。圧電薄膜の材料としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）と呼ばれる鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、酸素（Ｏ）からなるペロブスカイト構造の結晶を用いることが多い。 The above piezoelectric thin film is formed on a silicon substrate by chemical film-forming methods such as CVD (Chemical Vapor Deposition), physical methods such as sputtering and ion plating, and liquid phase growth such as sol-gel methods. It is formed using a film process. As a material of the piezoelectric thin film, a crystal having a perovskite structure made of lead (Pb), zirconium (Zr), titanium (Ti), and oxygen (O) called PZT (lead zirconate titanate) is often used.
アクチュエータにおけるシリコン基板の一方の面側には、圧電薄膜および電極（上部電極、下部電極）が形成され、他方の面側には、インク流路および圧力室などの機能部が形成される。これらは、フォトリソグラフィーなどの半導体プロセス技術を用いた高精度な加工プロセスによりそれぞれ形成される。シリコン基板において圧力室の上壁、すなわち、圧力室に対して圧電薄膜側の壁をなす部分が、上述した振動板を構成する。 A piezoelectric thin film and electrodes (upper electrode and lower electrode) are formed on one surface side of the silicon substrate in the actuator, and functional portions such as an ink flow path and a pressure chamber are formed on the other surface side. These are formed by a highly accurate processing process using a semiconductor process technology such as photolithography. In the silicon substrate, the upper wall of the pressure chamber, that is, the portion forming the wall on the piezoelectric thin film side with respect to the pressure chamber constitutes the above-described diaphragm.
このとき、直径６インチや直径８インチといった比較的大きなシリコンウェハ上に複数の圧電素子を高密度に配置し、複数のアクチュエータを一括して形成した後、シリコンウェハを分割して個片化すれば、アクチュエータを個別に製造する枚葉製造に比べて、コストを大幅に低減することができる。 At this time, a plurality of piezoelectric elements are arranged at a high density on a relatively large silicon wafer having a diameter of 6 inches or a diameter of 8 inches, a plurality of actuators are collectively formed, and then the silicon wafer is divided into pieces. For example, the cost can be significantly reduced as compared with single wafer manufacturing in which actuators are manufactured individually.
ところで、上述したアクチュエータを備えたインクジェットヘッドは、一般的に、流路基板、振動板、ノズル基板を備えている。流路基板には、インク液滴を吐出するための複数の圧力室と、各圧力室にインクを供給する共通インク室と、各圧力室と共通インク室とを個別に連通する細い個別流路などが設けられている。また、振動板の上には、駆動素子としての圧電素子が形成されており、ノズル板には、圧力室内のインクを外部に吐出するためのノズル孔が設けられている。 By the way, the ink jet head provided with the actuator described above generally includes a flow path substrate, a vibration plate, and a nozzle substrate. The flow path substrate includes a plurality of pressure chambers for ejecting ink droplets, a common ink chamber that supplies ink to each pressure chamber, and a narrow individual flow path that individually communicates each pressure chamber and the common ink chamber. Etc. are provided. In addition, a piezoelectric element as a drive element is formed on the vibration plate, and a nozzle hole for ejecting ink in the pressure chamber to the outside is provided in the nozzle plate.
このような構成において、各圧力室からノズル孔を介してインクが吐出されると、各圧力室には共通インク室から新しいインクが供給される。このとき、インクジェットヘッドのノズル孔の数（圧力室の数）が多くなると、インク吐出量が多くなるため、共通インク室から各圧力室に供給されるインク量も多くなる。その結果、共通インク室内でのインクの圧力変動（インク変動）が大きくなり、インク吐出が不安定になる。 In such a configuration, when ink is ejected from each pressure chamber via the nozzle hole, new ink is supplied to each pressure chamber from the common ink chamber. At this time, if the number of nozzle holes (the number of pressure chambers) of the ink jet head increases, the amount of ink discharged increases, so the amount of ink supplied from the common ink chamber to each pressure chamber also increases. As a result, ink pressure fluctuation (ink fluctuation) in the common ink chamber becomes large, and ink ejection becomes unstable.
そこで、共通インク室を形成する壁部材の一部を非常に薄く形成し、インク吐出時のインク変動を安定させる圧力緩衝機能（ダンパー機能）を備えたインクジェットヘッドが提案されている（特許文献１、２参照）。 In view of this, there has been proposed an ink jet head having a pressure buffering function (damper function) in which a part of the wall member forming the common ink chamber is formed very thin and the ink fluctuation during ink ejection is stabilized (Patent Document 1). 2).
図８は、特許文献１のインクジェットヘッド１００の概略の構成を示す断面図である。このインクジェットヘッド１００では、厚さ１８０μｍのシリコンウェハをノズルプレート１０１として用いている。このノズルプレート１０１には、ノズル孔１０１ａとダンパー１０１ｂとが形成されている。ダンパー１０１ｂは、ノズルプレート１０１の両面からハーフエッチングを行って、そのエッチング量を調整することで薄膜に形成されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
このノズルプレート１０１にキャビティープレート１０２を重ね合わせることで、これらの間に、複数の圧力室１０３、共通インク室１０４、個別流路１０５が形成されている。共通インク室１０４は、インク供給口１０４ａを介してインクタンク（図示せず）と連通している。個別流路１０５は、共通インク室１０４から各圧力室１０３にインクを供給するための流路である。また、個別電極１０６が形成されたガラス基板１０７が、キャビティープレート１０２と対峙して配置されている。
By overlapping the
キャビティープレート１０２に形成した各圧力室１０３の底面を規定している振動板１０８は、共通電極として機能し、この共通電極と個別電極１０６の端子部との間には、ドライバ１０９が接続されている。ドライバ１０９によって個別電極１０６に電圧を印加すると、電圧が印加された個別電極１０６と対峙している振動板１０８が静電気力によって振動し、これに伴って圧力室１０３の圧力が変動し、圧力室１０３内のインクがノズル孔１０１ａから吐出される。
The
インクを吐出させるために圧力室１０３に圧力変動を発生させると、その圧力は共通インク室１０４に伝達する。共通インク室１０４に圧力変動が生じると、この共通インク室１０４を介してインクノズル間で相互に圧力干渉を起こし、インク液滴の吐出量が変化する。しかし、ノズルプレート１０１にダンパー１０１ｂを設けることで、共通インク室１０４の圧力変動を緩衝させ、インクノズル間の圧力干渉を防止して、インク吐出を安定させるようにしている。
When a pressure fluctuation is generated in the
また、特許文献２では、ダイヤフラムプレート、チャンバープレート、ノズルプレートを個々に作製し、これらを陽極接合や接着剤などで接合してインクジェットヘッドを形成している。チャンバープレートには、圧力室、共通インク室およびこれらを連通する個別流路が形成されている。ダイヤフラムプレートには、圧力室の一側壁をなす振動板と、共通インク室内のインク変動を吸収するダンパーとが形成されている。振動板とダンパーとは、同じ厚み（例えば厚さ数μｍ）で形成されている。また、振動板上において、ダンパー以外の全面に補強用の接着剤を塗布し、硬化させることにより、振動板の強度を上げて、ダイヤフラムプレートと圧電素子とを接合する際の振動板の破損を防止するようにしている。
In
ところが、特許文献１では、ノズルプレート１０１の両面からハーフエッチングを行うことでダンパー１０１ｂが形成されているため、ノズルプレート１０１のインク流路側（圧力室１０３ａ側）の表面に段差（凹凸）が生じている。このため、インク吐出後にノズル孔１０１ａから取り込まれる気泡、圧力室１０３ａ内のインクに内在している気泡や異物（パーティクル）が、上記の段差部分にトラップされてしまう。トラップされた気泡がある程度大きく成長し、再び流れてノズル孔１０１ａまで行き着くと、突発的な吐出不良の原因となってしまう。また、上記の段差部分でトラップされた異物がノズル孔１０１ａに詰まることによっても、インクの吐出不良が発生する。
However, in
一方、特許文献２では、ダンパーは、ダイヤフラムプレートにおけるインク流路側（共通インク室側）とは反対側からハーフエッチングすることで形成されており、それゆえ、ダイヤフラムプレートのインク流路側には段差が生じていない。したがって、上記の気泡や異物に起因するインクの吐出不良を回避することはできる。しかし、振動板は接着剤の塗布、硬化によって補強されているものの、共通インク室上の薄膜部分、すなわち、インク吐出時の圧力変動によって変位する部分（ダンパー）は何ら補強されていないため、インク吐出時の過度のインク変動により、上記変位部分が破損するという問題が生ずる。
On the other hand, in
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、気泡や異物によるインクの吐出不良を低減するとともに、インク吐出時の圧力変動によって変位する部分（ダンパー）が過度の変動によって破損するのを低減することができるインクジェットヘッドおよびその製造方法と、インクジェットプリンタとを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The object of the present invention is to reduce ink ejection failure due to air bubbles and foreign matters, and to excessively displace a portion (damper) that is displaced by pressure fluctuation during ink ejection. It is an object of the present invention to provide an ink jet head and a method for manufacturing the same, and an ink jet printer that can reduce damage due to fluctuations in the ink jet.
本発明の一側面に係るインクジェットヘッドは、複数の圧力室が形成される流路基板と、前記圧力室上に設けられる圧電素子とを有し、前記圧電素子を駆動することにより、前記圧力室からインクを吐出するインクジェットヘッドであって、前記流路基板には、前記圧力室にインクを供給する共通インク室がさらに形成されており、前記インクジェットヘッドにおいて、前記共通インク室を覆う壁は、前記圧力室からインクが外部に吐出するときの前記共通インク室内でのインクの圧力変動によって変位し、前記壁の前記共通インク室側の表面は、平坦面であり、前記壁における前記共通インク室とは反対側の表面に、前記壁を補強する補強膜が形成されており、前記補強膜の厚さは、前記圧電素子よりも厚い。 An inkjet head according to one aspect of the present invention includes a flow path substrate in which a plurality of pressure chambers are formed, and a piezoelectric element provided on the pressure chamber, and the pressure chamber is driven by driving the piezoelectric element. A common ink chamber for supplying ink to the pressure chamber is further formed in the flow path substrate, and a wall covering the common ink chamber in the inkjet head is formed by: The surface is displaced by ink pressure fluctuation in the common ink chamber when ink is ejected from the pressure chamber, and the surface of the wall on the common ink chamber side is a flat surface, and the common ink chamber in the wall is A reinforcing film that reinforces the wall is formed on the surface opposite to the surface, and the thickness of the reinforcing film is thicker than that of the piezoelectric element.
流路基板に形成される共通インク室を覆う壁は、圧力室からインクが外部に吐出するときの共通インク室内でのインクの圧力変動によって変位する。このような構成において、上記壁の共通インク室側の表面は平坦面であり、段差が生じていないため、圧力室内の気泡や異物がインク流路中の上記の段差によってトラップされるということがない。これにより、気泡や異物に起因するインクの吐出不良を低減することができる。 The wall covering the common ink chamber formed on the flow path substrate is displaced by the pressure variation of the ink in the common ink chamber when ink is ejected from the pressure chamber to the outside. In such a configuration, since the surface of the wall on the common ink chamber side is a flat surface and no step is generated, bubbles or foreign matters in the pressure chamber are trapped by the step in the ink flow path. Absent. Thereby, it is possible to reduce ink ejection defects caused by bubbles and foreign matters.
また、上記壁における共通インク室とは反対側の表面に、補強膜が形成されている。しかも、補強膜の厚さは圧電素子よりも厚い。これにより、上記壁が補強膜によって確実に補強されるため、圧電素子の駆動によるインク吐出時に過度のインク変動があった場合でも、上記壁が破損するのを低減することができる。 A reinforcing film is formed on the surface of the wall opposite to the common ink chamber. Moreover, the reinforcing film is thicker than the piezoelectric element. Accordingly, the wall is surely reinforced by the reinforcing film, so that the damage to the wall can be reduced even when there is an excessive ink fluctuation during ink ejection by driving the piezoelectric element.
上記のインクジェットヘッドは、前記圧電素子の駆動により振動して前記圧力室内のインクを外部に吐出させる振動板をさらに有し、前記振動板が、前記壁を構成していてもよい。振動板が上述した壁（共通インク室を覆う壁）を兼ねる場合において、上記の効果を得ることができる。 The ink jet head may further include a vibration plate that vibrates by driving the piezoelectric element and discharges ink in the pressure chamber to the outside, and the vibration plate may constitute the wall. In the case where the diaphragm also serves as the above-described wall (a wall covering the common ink chamber), the above-described effect can be obtained.
前記圧電素子は、圧電薄膜と、前記圧電薄膜を挟み込む下部電極および上部電極で構成されており、前記補強膜の厚さは、前記圧電薄膜の厚さ、前記下部電極の厚さ、前記上部電極の厚さの総和よりも大きくてもよい。このように、圧電素子が、下部電極、圧電薄膜、上部電極を順に積層して構成される場合でも、圧電素子の各層の厚さの総和よりも補強膜の厚さのほうが大きいので、過度のインク変動があった場合に上記壁の破損を低減することができる。 The piezoelectric element includes a piezoelectric thin film, and a lower electrode and an upper electrode sandwiching the piezoelectric thin film. The thickness of the reinforcing film is the thickness of the piezoelectric thin film, the thickness of the lower electrode, and the upper electrode. It may be larger than the sum of the thicknesses. Thus, even when the piezoelectric element is configured by sequentially laminating the lower electrode, the piezoelectric thin film, and the upper electrode, the thickness of the reinforcing film is larger than the total thickness of each layer of the piezoelectric element. When the ink fluctuates, the damage to the wall can be reduced.
前記補強膜は、感光性エポキシ系樹脂、酸化シリコンまたはアクリル樹脂を含んでいてもよい。これらの材料で補強膜を構成することにより、補強膜に上記壁を補強する機能を確実に持たせることができる。 The reinforcing film may contain a photosensitive epoxy resin, silicon oxide or acrylic resin. By constituting the reinforcing film with these materials, the reinforcing film can surely have a function of reinforcing the wall.
前記補強膜のガラス転移温度Ｔｇは、１２０℃以上であることが望ましい。この場合、補強膜は耐熱性を有するため、補強膜の形成後に、高温が必要となる半導体プロセスを利用して、流路基板に圧力室等を微細加工することが可能となり、寸法精度の高いヘッドを実現することができる。 The glass transition temperature Tg of the reinforcing film is desirably 120 ° C. or higher. In this case, since the reinforcing film has heat resistance, it becomes possible to finely process a pressure chamber or the like in the flow path substrate by using a semiconductor process that requires high temperature after forming the reinforcing film, and has high dimensional accuracy. A head can be realized.
前記補強膜は、単層の膜で構成されていてもよい。この場合、単層の膜で補強膜を容易に実現することができる。 The reinforcing film may be composed of a single layer film. In this case, the reinforcing film can be easily realized by a single layer film.
前記補強膜は、複数の膜を積層した積層膜で構成されていてもよい。このような積層膜によっても、上記壁を補強する補強膜を実現することができる。 The reinforcing film may be composed of a laminated film in which a plurality of films are laminated. Also with such a laminated film, a reinforcing film for reinforcing the wall can be realized.
前記積層膜は、前記圧電素子の少なくとも一部と同じ層構成の膜を含んでいてもよい。圧電素子の少なくとも一部を共通インク室の上方まで引き出す構成においては、その引き出し部分の上に感光性エポキシ系樹脂等からなる膜を積層することで、補強膜が形成される。したがって、圧電素子の引き出し部分も、補強膜の一部として有効活用することができる。 The laminated film may include a film having the same layer configuration as at least a part of the piezoelectric element. In a configuration in which at least a part of the piezoelectric element is drawn out to above the common ink chamber, a reinforcing film is formed by laminating a film made of a photosensitive epoxy resin or the like on the drawn portion. Therefore, the lead-out portion of the piezoelectric element can also be effectively used as a part of the reinforcing film.
前記壁は、シリコン基板で構成されており、前記圧電素子の厚さは、７μｍ未満であり、前記壁の厚さは、３μｍ以上１０μｍ以下であり、前記補強膜の厚さは、７μｍ以上３７μｍ以下であり、前記壁の厚さと前記補強膜の厚さの総和は、４０μｍ以下であってもよい。 The wall is made of a silicon substrate, the thickness of the piezoelectric element is less than 7 μm, the thickness of the wall is 3 μm or more and 10 μm or less, and the thickness of the reinforcing film is 7 μm or more and 37 μm. The total thickness of the wall and the reinforcing film may be 40 μm or less.
上記壁の材質がシリコンであり、圧電素子の厚さが７μｍ未満である場合、上記壁の厚さが３〜１０μｍと薄ければ、インク吐出時にインク変動があった場合でも、上記壁が良好に変位する。このような構成において、補強膜の厚さが７〜３７μｍであることにより、補強膜による補強を確実に行って、上記壁の耐圧性を向上させることができる。 When the wall material is silicon and the thickness of the piezoelectric element is less than 7 μm, if the wall thickness is as thin as 3 to 10 μm, the wall is good even when ink fluctuations occur during ink ejection. It is displaced to. In such a configuration, when the thickness of the reinforcing film is 7 to 37 μm, the reinforcing film can be reliably reinforced and the pressure resistance of the wall can be improved.
前記補強膜の表面と前記圧電素子の表面との段差は、３５μｍ以下であることが望ましい。上記段差が３５μｍよりも大きいと、高温状態でのエッチングにより流路基板に圧力室等を形成する際に、基板面内で温度ムラが生じ、精度よく加工することができなくなる。したがって、上記段差が３５μｍ以下であることにより、流路基板における圧力室等の寸法精度を良好に確保することができる。 The step between the surface of the reinforcing film and the surface of the piezoelectric element is desirably 35 μm or less. If the level difference is larger than 35 μm, when forming a pressure chamber or the like in the flow path substrate by etching at a high temperature, temperature unevenness occurs in the substrate surface, and it becomes impossible to process with high accuracy. Therefore, when the level difference is 35 μm or less, the dimensional accuracy of the pressure chamber or the like in the flow path substrate can be ensured satisfactorily.
本発明の他の側面に係るインクジェットヘッドは、複数の圧力室が形成される流路基板と、前記圧力室上に設けられる圧電素子とを有し、前記圧電素子を駆動することにより、前記圧力室からインクを吐出するインクジェットヘッドであって、前記流路基板には、前記圧力室にインクを供給する共通インク室がさらに形成されており、前記インクジェットヘッドにおいて、前記共通インク室を覆う壁の厚さは、３μｍ以上１０μｍ以下であり、前記壁の前記共通インク室側の表面は、平坦面であり、前記壁において前記共通インク室とは反対側の面に、前記壁を補強する補強膜が形成されており、前記補強膜の厚さは、前記圧電素子よりも厚い。 An ink jet head according to another aspect of the present invention includes a flow path substrate in which a plurality of pressure chambers are formed, and a piezoelectric element provided on the pressure chamber. An ink jet head that discharges ink from a chamber, wherein the flow path substrate further includes a common ink chamber that supplies ink to the pressure chamber, and the ink jet head includes a wall that covers the common ink chamber. The thickness is 3 μm or more and 10 μm or less, the surface of the wall on the side of the common ink chamber is a flat surface, and the reinforcing film that reinforces the wall on the surface of the wall opposite to the common ink chamber The reinforcing film is thicker than the piezoelectric element.
流路基板に形成される共通インク室を覆う壁の厚さは、３〜１０μｍと薄いため、上記壁の少なくとも一部は、圧力室からインクが外部に吐出するときの共通インク室内でのインクの圧力変動によって変位する。このような構成において、上記壁の共通インク室側の表面は平坦面であり、段差が生じていないため、圧力室内の気泡や異物がインク流路中の上記の段差によってトラップされるということがない。これにより、気泡や異物に起因するインクの吐出不良を低減することができる。 Since the wall covering the common ink chamber formed on the flow path substrate is as thin as 3 to 10 μm, at least a part of the wall is ink in the common ink chamber when ink is ejected from the pressure chamber to the outside. Displacement due to pressure fluctuations. In such a configuration, since the surface of the wall on the common ink chamber side is a flat surface and no step is generated, bubbles or foreign matters in the pressure chamber are trapped by the step in the ink flow path. Absent. Thereby, it is possible to reduce ink ejection defects caused by bubbles and foreign matters.
また、上記壁における共通インク室とは反対側の表面に、補強膜が形成されている。しかも、補強膜の厚さは圧電素子よりも厚い。これにより、上記壁が補強膜によって確実に補強されるため、圧電素子の駆動によるインク吐出時に過度のインク変動があった場合でも、上記壁が破損するのを低減することができる。 A reinforcing film is formed on the surface of the wall opposite to the common ink chamber. Moreover, the reinforcing film is thicker than the piezoelectric element. Accordingly, the wall is surely reinforced by the reinforcing film, so that the damage to the wall can be reduced even when there is an excessive ink fluctuation during ink ejection by driving the piezoelectric element.
本発明のさらに他の側面に係るインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる。上記インクジェットヘッドの構成によれば、気泡や異物に起因するインクの吐出不良を低減できるとともに、インク吐出時の過度のインク変動による上記壁の破損を低減できるので、そのようなインクジェットヘッドを備えることにより、高品位な画像を形成することが可能となる。 An ink jet printer according to still another aspect of the present invention includes the ink jet head described above, and ejects ink from the ink jet head toward a recording medium. According to the configuration of the ink jet head, it is possible to reduce ink discharge failure due to bubbles and foreign matters, and to reduce damage to the wall due to excessive ink fluctuation during ink discharge. As a result, a high-quality image can be formed.
本発明のさらに他の側面に係るインクジェットヘッドの製造方法は、流路基板に、複数の圧力室を形成する工程と、前記流路基板に、前記圧力室にインクを供給する共通インク室を形成する工程と、前記圧力室および前記共通インク室を形成する前に、前記流路基板の一方の面側に、前記圧力室を駆動するための圧電素子を形成する工程と、前記圧力室および前記共通インク室を形成する前に、前記流路基板の前記一方の面側に、前記共通インク室を覆う壁となる部分を補強する補強膜を形成する工程とを有し、前記壁の少なくとも一部は、前記圧力室からインクが外部に吐出するときの前記共通インク室内でのインクの圧力変動によって変位し、前記壁の前記共通インク室側の表面は、平坦面であり、前記補強膜は、前記壁における前記共通インク室とは反対側の表面に形成されることにより、前記壁を補強し、前記補強膜の厚さは、前記圧電素子よりも厚い。 According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an ink-jet head, comprising: forming a plurality of pressure chambers on a flow path substrate; and forming a common ink chamber on the flow path substrate for supplying ink to the pressure chamber Before forming the pressure chamber and the common ink chamber, forming a piezoelectric element for driving the pressure chamber on one surface side of the flow path substrate, and the pressure chamber and the Before forming a common ink chamber, forming a reinforcing film on the one surface side of the flow path substrate to reinforce a portion serving as a wall covering the common ink chamber, and at least one of the walls The portion is displaced by the pressure variation of the ink in the common ink chamber when the ink is ejected from the pressure chamber to the outside, the surface of the wall on the common ink chamber side is a flat surface, and the reinforcing film is , The common in the wall By being formed on the surface opposite to the ink chamber, to reinforce the wall, the thickness of the reinforcing layer is thicker than the piezoelectric element.
流路基板に形成される共通インク室を覆う壁は、圧力室からインクが外部に吐出するときの共通インク室内でのインクの圧力変動によって変位する。このような構成において、上記壁の共通インク室側の表面は平坦面であり、段差が生じていないため、圧力室内の気泡や異物がインク流路中の上記の段差によってトラップされるということがない。これにより、気泡や異物に起因するインクの吐出不良を低減することができる。 The wall covering the common ink chamber formed on the flow path substrate is displaced by the pressure variation of the ink in the common ink chamber when ink is ejected from the pressure chamber to the outside. In such a configuration, since the surface of the wall on the common ink chamber side is a flat surface and no step is generated, bubbles or foreign matters in the pressure chamber are trapped by the step in the ink flow path. Absent. Thereby, it is possible to reduce ink ejection defects caused by bubbles and foreign matters.
また、上記壁における共通インク室とは反対側の表面に、補強膜が形成される。しかも、補強膜の厚さは圧電素子よりも厚い。これにより、上記壁が補強膜によって確実に補強されるため、圧電素子の駆動によるインク吐出時に過度のインク変動があった場合でも、上記壁が破損するのを低減することができる。 A reinforcing film is formed on the surface of the wall opposite to the common ink chamber. Moreover, the reinforcing film is thicker than the piezoelectric element. Accordingly, the wall is surely reinforced by the reinforcing film, so that the damage to the wall can be reduced even when there is an excessive ink fluctuation during ink ejection by driving the piezoelectric element.
また、流路基板に圧力室および共通インク室を形成する前に、共通インク室を覆う壁となる部分を補強する補強膜が形成される。したがって、補強膜で上記壁となる部分を補強した状態で、流路基板に圧力室および共通インク室を形成することができるため、共通インク室等の形成時に上記壁が破損するのを確実に低減することができる。 Further, before the pressure chamber and the common ink chamber are formed on the flow path substrate, a reinforcing film that reinforces a portion that becomes a wall covering the common ink chamber is formed. Therefore, since the pressure chamber and the common ink chamber can be formed on the flow path substrate in a state where the wall portion is reinforced with the reinforcing film, the wall can be surely damaged when the common ink chamber or the like is formed. Can be reduced.
上記の構成および製法によれば、気泡や異物によるインクの吐出不良を低減することができるとともに、共通インク室を覆う壁であって、インク吐出時の共通インク室内での圧力変動によって変位する部分が、過度のインク変動によって破損するのを低減することができる。 According to the above-described configuration and manufacturing method, it is possible to reduce ink ejection failure due to air bubbles and foreign matter, and a wall that covers the common ink chamber and is displaced by pressure fluctuations in the common ink chamber during ink ejection However, damage due to excessive ink fluctuation can be reduced.
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ〜Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present specification, when the numerical range is expressed as A to B, the numerical value range includes the values of the lower limit A and the upper limit B.
〔インクジェットプリンタの構成〕
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２において、インクジェットヘッド２１が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
[Configuration of inkjet printer]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an
インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド部２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。
The
インクジェットヘッド部２は、インクジェットヘッド２１から記録媒体Ｐに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成（描画）を行うものであり、一方のバックロール５の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド２１の構成については後述する。
The ink
繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。
The
巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド部２によってインクが吐出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。
The take-
各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド部２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。
Each
中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６は、インクチューブ１０と接続され、各インクジェットヘッド２１におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド２１にインクを供給する。
The
送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１１の途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１１を介して中間タンク６に供給される。
The
定着機構９は、インクジェットヘッド部２によって記録媒体Ｐに吐出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、吐出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。
The
上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド部２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部２から記録媒体Ｐに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Ｐに吐出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド部２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。
In the above configuration, the recording medium P fed from the feeding
なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向（幅方向）にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。この場合、インクジェットヘッドは、キャリッジ等の構造体に支持された状態で、記録媒体の幅方向に移動する。
The
〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド２１の構成について説明する。図２は、インクジェットヘッド２１の概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図とを併せて示したものである。
[Configuration of inkjet head]
Next, the configuration of the
インクジェットヘッド２１は、流路基板２２と、振動板２３と、ノズル基板２４とを有しており、流路基板２２が振動板２３とノズル基板２４とで挟み込まれた構成となっている。流路基板２２、振動板２３、ノズル基板２４の厚さは、それぞれ一定である（詳細は後述する）。ノズル基板２４には、後述する圧力室３３内のインクを外部に吐出するためのノズル孔２４ａが形成されている。
The
流路基板２２は、シリコン基板３１と、酸化膜３２とを積層して構成されており、振動板２３は、シリコン基板で構成されている。このような流路基板２２および振動板２３は、酸化膜を介して２枚のシリコン基板を接合したＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板で一体的に構成することができる。流路基板２２の厚さは、例えば２００μｍであり、振動板２３の厚さは、例えば５μｍである。振動板２３の厚さは、圧電薄膜５２の厚さに基づく変位量に応じて適切に調整するとよい。本実施形態では、後述する圧電薄膜５２の厚さが１〜６μｍであるため、シリコンからなる振動板２３の厚さとしては、３〜１０μｍ確保されていればよく、４〜７μｍ確保されていることが望ましい。なお、流路基板２２は、シリコン基板のみで構成されて、振動板２３と一体的になっていてもよい（流路基板２２と振動板２３とは単一のシリコン基板で構成されていてもよい）。
The
流路基板２２には、複数の圧力室３３と、共通インク室３４と、複数の個別流路３５とが形成されている。流路基板２２において、各圧力室３３は平面視で２列に配置されているとともに、隣り合う各列同士で、列方向に半ピッチずつずれて配置されている。
A plurality of
共通インク室３４は、２列に並んだ複数の圧力室３３を両側から挟むように、各列に対応して２本設けられており、各圧力室３３に供給するインクを収容している。一方の共通インク室３４ａは、一方の列に並ぶ複数の圧力室３３に共通して設けられており、他方の共通インク室３４ｂは、他方の列に並ぶ複数の圧力室３３に共通して設けられている。共通インク室３４と各圧力室３３とは、個別流路３５を介して個別に連通している。これにより、共通インク室３４内のインクが、個別流路３５を介して各圧力室３３に供給される。
Two
また、各共通インク室３４ａ・３４ｂは、インク供給口３６およびインク排出口３７を介してインク収容部としての貯留タンク８（図１参照）とそれぞれ連通しており、各共通インク室３４ａ・３４ｂと貯留タンク８との間でインクが循環するようになっている。
Further, the
流路基板２２において、複数の圧力室３３、共通インク室３４、および複数の個別流路３５は、それぞれ流路基板２２の厚み分だけ除去することによって形成されている。したがって、流路基板２２だけを見れば、複数の圧力室３３、共通インク室３４、および複数の個別流路３５は、流路基板２２を貫通する開口を形成しているとも言える。
In the
振動板２３上で（流路基板２２とは反対側の表面で）、圧力室３３ａの上方には、圧電素子４１が形成されている。圧電素子４１は、振動板２３を振動させて圧力室３３ａ内のインクに圧力を付与する駆動素子である。なお、振動板２３上には、酸化膜などの絶縁膜が形成されていてもよく、圧電素子４１は、上記絶縁膜や、その他部材を介して振動板２３上に形成されていてもよい。
On the vibration plate 23 (on the surface opposite to the flow path substrate 22), the
圧電素子４１は、振動板２３側から順に、下部電極５１と、圧電薄膜５２と、上部電極５３とを積層して構成されている。下部電極５１および上部電極５３は、駆動回路（図示せず）と接続されている。
The
下部電極５１は、例えばチタン（Ｔｉ）や酸化チタン（ＴｉＯｘ）などからなる密着層の上に、白金（Ｐｔ）からなる層を形成して構成されている。この下部電極５１は、２本の共通インク室３４ａ・３４ｂの間の振動板２３上に形成され、各圧力室３３ａに共通の電極となっている。密着層の厚さは例えば０．０２μｍであり、Ｐｔの厚さは例えば０．１μｍである。つまり、下部電極５１の全体の厚みは、例えば０．１２μｍである。
The
圧電薄膜５２は、ＡＢＯ3型のペロブスカイト誘電体薄膜で構成されており、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成されている。圧電薄膜５２は、各圧力室３３に対応して設けられている。圧電薄膜３３の膜厚は、例えば１〜６μｍである。
The piezoelectric
上部電極５３は、各圧力室３３に対応して設けられる個別電極であり、例えばＴｉなどからなる密着層の上に、金（Ａｕ）やＰｔの層を形成して構成されている。密着層の厚さは例えば０．０２μｍであり、Ａｕの厚さは例えば０．３μｍである。つまり、上部電極５３の全体の厚みは、例えば０．３２μｍである。
The
したがって、圧電素子４１の全体の厚さは、最大でも６．４４μｍであり、７μｍ未満となっている。
Therefore, the total thickness of the
また、振動板２３において、共通インク室３４を覆う壁は、ダンパー２３ａを構成している。このダンパー２３ａは、その少なくとも一部が、各圧力室３３からインクが外部に吐出するときに変位して、共通インク室３４内でのインクの圧力変動（インク変動）を吸収する圧力緩衝壁である。ダンパー２３ａの厚さは、振動板２３の厚さそのもの（例えば５μｍ）である。
Further, in the
流路基板２２においては、圧力室３３、共通インク室３４、個別流路３５からなるインクの流路が形成されるが、このうち、共通インク室３４は、流路の最も広い流路となり、インク流量が大きい。このため、ダンパー２３ａは、最大流量時のインク圧力に耐えられる強度を有していることが必要となる。つまり、ダンパー２３ａは、少なくとも５０ｋＰａ以上のインク圧力に耐えられることが必要であり、２００ｋＰａ以上のインク圧力に耐えられることがより望ましい。
In the
振動板２３において、上記したダンパー２３ａの上には（ダンパー２３ａにおける共通インク室３４とは反対側の表面には）、補強膜４２が形成されている。補強膜４２は、ダンパー２３ａを補強する膜であり、本実施形態では、単層の膜で構成されている。補強膜４２を構成する材料としては、感光性エポキシ系樹脂、酸化シリコン、アクリル樹脂などを用いることができる。特に、インクジェットヘッド２１の製造時の耐熱性を考慮すると、補強膜４２の材料としては、ガラス転移温度Ｔｇが１２０℃以上であるものを用いることが望ましく、具体的には、感光性エポキシ系樹脂（Ｔｇ＝２３０℃）や酸化シリコン（Ｔｇ＝１３００℃）を用いることが望ましい。
In the
補強膜４２の厚さは、圧電素子４１の厚さ、つまり、下部電極５１の厚さ、圧電薄膜５２の厚さ、上部電極５３の厚さの総和よりも大きい。圧電素子４１の厚さは、上述のように７μｍ未満であるので、補強膜４２の厚さは７μｍ以上である。
The thickness of the reinforcing
上記の構成において、駆動回路から下部電極５１および上部電極５３に電圧を印加すると、圧電薄膜５２が、下部電極５１と上部電極５３との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向（流路基板２２の面に平行な方向）に伸縮する。すると、圧力室３３の上方の振動板２３に曲率が生じ、振動板２３が厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。
In the above configuration, when a voltage is applied from the drive circuit to the
このように、振動板２３上に形成された圧電素子４１を駆動して、振動板２３を振動させることにより、圧力室３３内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室３３内のインクがノズル孔２４ａを介して外部にインク滴として吐出される。
In this way, by driving the
本実施形態では、流路基板２２において、複数の圧力室３３、共通インク室３４、複数の個別流路３５は、それぞれ流路基板２２をその厚み分だけ除去して形成されているため、振動板２３（ダンパー２３ａ）におけるインク流路側の表面（圧力室３３、共通インク室３４、個別流路３５の形成側の表面）は、図２の断面図で示すように面一（連続する平坦面）となり、表面に段差が生じない。また、ノズル基板２４においても同様に、インク流路側の表面が面一となっている。したがって、圧力室３３内の気泡や異物が上記の段差部分でトラップされるということがなく、気泡や異物に起因するインクの吐出不良を低減することができる。
In the present embodiment, in the
また、振動板２３において共通インク室３４を覆うダンパー２３ａの上には、圧電素子４１の厚さ（下部電極５１、圧電薄膜５２、上部電極４３の各厚さの総和）よりも厚さの大きい補強膜４２が形成されて、ダンパー２３ａを補強しているため、圧電素子４１の駆動によるインク吐出時に過度のインク変動があった場合でも、ダンパー２３ａの破損を低減することができる。特に、補強膜４２を、感光性エポキシ系樹脂、酸化シリコンまたはアクリル樹脂で構成することにより、ダンパー２３ａを確実に補強してその破損を確実に低減することができる。
In addition, the thickness of the piezoelectric element 41 (the sum of the thicknesses of the
また、本実施形態のように、小型化、低コスト化のために薄膜化された圧電体（圧電薄膜５２）では、変位量が小さいため、振動板２３（ダンパー２３ａ）も撓みやすくするよう薄く形成される。したがって、ダンパー２３ａの破損防止に補強膜４２を形成することが特に有効となる。
Further, as in the present embodiment, the piezoelectric body (piezoelectric thin film 52) thinned for miniaturization and cost reduction has a small amount of displacement, so that the diaphragm 23 (
また、補強膜４２が圧電素子４１よりも大きい厚さのため、後述するインクジェットヘッド２１の製造時に、補強膜４２を成膜後、流路基板２２に圧力室３３等を形成すべく、流路基板２２を圧電素子４１とは反対側からエッチングによって掘り込む際に、補強膜４２の部分で基板全体を支持しながらエッチングを行うことができる。したがって、そのエッチングの際に圧電素子４１が外部と接触して破損する事態を低減できるというメリットもある。
Further, since the reinforcing
また、補強膜４２は単層の膜であり、１種類の材料で補強膜４２を実現できるため、その実現が容易である。中でも、感光性エポキシ系樹脂や酸化シリコンは、ガラス転移温度Ｔｇが１２０℃以上であり、耐熱性を有するため、これらの材料で補強膜４２を形成することにより、補強膜４２の形成後に、高温が必要となる半導体プロセスを利用して、流路基板２２に圧力室３３ａ等を微細加工することが可能となる。したがって、圧力室３３等の寸法精度の高いインクジェットヘッド２１を実現することができる。
Further, the reinforcing
また、流路基板２２をドライエッチング等によって加工し、圧力室３３ａ等の流路を形成する場合、補強膜４２の表面と圧電素子４１の表面（上部電極５３の上面）との段差が大きいと、ウェハ面内に温度ムラが生じ、流路加工を精度良く行うことができない。レジストや粘着剤付き保護テープで段差を埋めることも可能であるが、補強膜４２の表面と圧電素子４１の表面との段差は、３５μｍ以下であることが望ましい。つまり、上記段差が３５μｍ以下であることにより、上記した温度ムラによる圧力室３３等の加工精度の低下を回避して、圧力室３３等の寸法精度を良好に確保することができる。
Further, when the
〔インクジェットヘッドの他の構成〕
図３は、インクジェットヘッド２１の他の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図とを併せて示したものである。同図に示すように、補強膜４２は、複数の膜を積層した積層膜で構成されていてもよい。より具体的には、補強膜４２は、圧電素子４１の下部電極５１および圧電薄膜５２と同じ層構成の膜６１と、上述の感光性エポキシ系樹脂等からなる膜６２とを積層して構成されていてもよい。なお、補強膜４２の厚さ（膜６１の厚さと膜６２の厚さとの総和）が圧電素子４１の厚さよりも大きい点は、図２の構成と同じである。なお、膜６１は、圧電素子４１の下部電極５１と同じ層のみで構成されていてもよいし、下部電極５１、圧電薄膜５２、上部電極５３と同じ層構成で構成されていてもよい。
[Other configurations of inkjet head]
FIG. 3 shows a plan view showing another configuration of the
インクジェットヘッド２１においては、電極の取り出しのために、または、ヘッドの特性を安定させるために、圧電素子４１の少なくとも一部（図３では下部電極５１および圧電薄膜５２）を、振動板２３上において、圧力室３３ａの上方から共通インク室３４の上方まで引き出して構成する場合がある。ダンパー２３ａ上の補強膜４２を積層膜とする場合、圧電素子４１の引き出し部分（膜６１）を、補強膜４２の一部として活用することができ、膜６１の上に膜６２を付加するだけで、補強膜４２を形成することができる。したがって、共通インク室３４の上方の引き出し部分（膜６１）をわざわざ除去して、補強膜４２を一から形成しなくても済み、補強膜４２の形成の手間が省ける。そして、圧電素子４１の引き出し部分（膜６１）を補強膜４２に活用した構成で、ダンパー２３ａの補強を行うことができる。
In the
本実施形態では、振動板２３（ダンパー２３ａ）と流路基板２２とが、シリコン基板または２枚のシリコン基板を接合したＳＯＩ基板から製造されて一体的に構成されている例について説明したが、振動板２３と流路基板２２とが別体で構成されていてもよい。
In the present embodiment, the example in which the diaphragm 23 (
〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、インクジェットヘッドの製造方法について説明する。なお、以下で示す厚さ等の数値は一例であり、この数値に限定されるわけではない。
[Inkjet head manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the ink jet head will be described. In addition, the numerical values such as the thickness shown below are examples, and are not limited to these numerical values.
（実施例１）
まず、図２で示したインクジェットヘッド２１の製造方法について、実施例１として説明する。図４および図５は、実施例１のインクジェットヘッド２１の製造工程を示す断面図である。実施例１のインクジェットヘッド２１は、以下の工程（１）〜（９）を順に経て製造される。
Example 1
First, a manufacturing method of the
（１）流路基板２２および振動板２３となる基板材料を用意する。基板材料は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に多く利用されている結晶シリコン（Ｓｉ）であり、ここでは、酸化膜３２を介して２枚のシリコン基板（シリコン基板３１、振動板２３）が接合されたＳＯＩ構造のものを用いる。シリコン基板の厚さは規格等で決められており、例えば直径６インチサイズの場合、厚さは６００μｍ程度である。ＳＯＩウェハにおいて、振動板２３となるＳｉ薄膜層の厚さは５μｍである。
(1) Prepare substrate materials for the
（２）基板（振動板２３）上に、下部電極５１を構成する層５１ａとして、Ｔｉ層（厚さ０．０２μｍ）、Ｐｔ層（厚さ０．１μｍ）をスパッタ法で順に成膜する。続けて、基板を６００℃程度に再加熱し、層５１ａ上に、圧電薄膜５２を構成するＰＺＴの層５２ａ（厚さ５μｍ）をスパッタ法で成膜する。
(2) A Ti layer (thickness: 0.02 μm) and a Pt layer (thickness: 0.1 μm) are sequentially formed by sputtering on the substrate (vibrating plate 23) as the
（３）層５２ａ上に、上部電極５３を構成する層５３ａとして、Ｔｉ層（厚さ０．０２μｍ）、Ａｕ層（厚さ０．３μｍ）をスパッタ法で順に成膜する。
(3) A Ti layer (thickness: 0.02 μm) and an Au layer (thickness: 0.3 μm) are sequentially formed on the
（４）層５３ａ上に、レジストとしての感光性樹脂材料をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングを行い、レジストの不要な部分を除去することにより、上部電極５３の形状を転写する（フォトリソグラフィー）。続けて、レジストをマスクとしてエッチングを行い、層５３ａの不要な部分を除去して上部電極５３をパターニング形成する。このようなフォトリソグラフィーとエッチングとを繰り返し、圧電薄膜５２、下部電極５１をパターニング形成する。これにより、圧電素子４１が形成される。
(4) A photosensitive resin material as a resist is applied onto the
なお、少なくとも上記した（２）〜（４）の工程は、流路基板２２に圧力室３３および共通インク室３４を形成する前に、流路基板２２の一方の面側に、圧力室３３を駆動するための圧電素子４１を形成する工程に対応する。
At least the steps (2) to (4) described above, the
（５）図５に示すように、振動板２３上において、圧電素子４１を覆うように、補強膜４２を構成する層４２ａ（厚さ２５μｍ）を成膜する。層４２ａは、感光性永久膜（東京応化製 ＴＭＭＲ Ｓ２０００、感光性エポキシ系樹脂、Ｔｇ＝２３０℃）をスピンコート法で塗布することによって成膜される。
(5) As shown in FIG. 5, a
（６）マスクを介して層４２ａを露光し、現像することにより、層４２ａの不要な部分を除去する。これにより、補強膜４２の形状が転写される（フォトリソグラフィー）。なお、補強膜４２が圧電素子４１のパターンに重なってしまうと、圧電特性に影響が出てしまうため、補強膜４２をパターニング形成する際には、半導体プロセスレベルの加工精度が必要となる。
(6) Unnecessary portions of the
なお、上記した（５）〜（６）の工程は、流路基板２２に圧力室３３および共通インク室３４を形成する前に、流路基板２２の一方の面側に、共通インク室３４を覆う壁（ダンパー２３ａ）となる部分を補強する補強膜４２を形成する工程に対応する。なお、補強膜４２の厚さは２５μｍであり、圧電素子４１（厚さ５．４４μｍ）よりも厚い。
In the steps (5) to (6) described above, the
（７）流路基板２２が所定の厚さ（例えば２００μｍ）となるように、流路基板２２の裏面側（流路基板２２における圧電素子４１の形成側とは反対側）の面を研削・研磨する。
(7) The surface of the back surface side of the flow path substrate 22 (the side opposite to the formation side of the
（８）流路基板２２の裏面側に、感光性樹脂材料をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、現像することにより、不要な部分を除去する。続けて、パターニングされた感光性樹脂材料をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いてＳｉの除去加工を行う。このとき、流路基板２２をその厚み分だけ除去することにより、流路基板２２に複数の圧力室３３、共通インク室３４、複数の個別流路３５を同時に形成する。共通インク室３４の形成により、振動板２３において、共通インク室３４を覆う部分がダンパー２３ａとなる。ダンパー２３ａの共通インク室３４側の表面は、平坦面である。また、ダンパー２３ａにおける共通インク室３４とは反対側の表面に補強膜４２が形成されていることにより、ダンパー２３ａが補強される。
(8) A photosensitive resin material is applied to the back surface side of the
なお、上記のイオンエッチング中は、ウェハが高温（例えば１２０℃）になるため、補強膜４２には耐熱性が必要になるが、使用した感光性永久膜のＴｇは２３０℃であり、問題はない。
During the above ion etching, the wafer becomes high temperature (for example, 120 ° C.), and thus the reinforcing
上記した（８）の工程は、流路基板２２に、複数の圧力室３３を形成する工程と、共通インク室３４を形成する工程とに対応する。
The step (8) described above corresponds to the step of forming the plurality of
（９）流路基板２２の裏面側に、ノズル孔２４ａを有するノズル基板２４を接着剤等で貼り合わせることにより、インクジェットヘッド２１が完成する。
(9) The
ヘッドに配列されるチャネル（インク吐出部）の数によって、ダンパー２３ａの必要な可撓性が変わってくるが、実施例１において、インク変動をダンパー２３ａで抑え、かつ、補強膜４２でダンパー２３ａの破損を低減するための各部の寸法についてまとめると、以下のようになる。
圧力室直径：２５０μｍ
振動板厚み：５μｍ
圧電薄膜直径：１８０μｍ
圧電薄膜厚み：５μｍ
上部電極厚み：０．３２μｍ
下部電極厚み：０．１２μｍ
ダンパー厚み：５μｍ
補強膜（感光性永久膜）厚み：２５μｍ
チャネル数：１２８個
流路基板厚み：２００μｍ
The required flexibility of the
Pressure chamber diameter: 250 μm
Diaphragm thickness: 5 μm
Piezoelectric thin film diameter: 180 μm
Piezoelectric thin film thickness: 5μm
Upper electrode thickness: 0.32 μm
Lower electrode thickness: 0.12 μm
Damper thickness: 5μm
Reinforcing film (photosensitive permanent film) thickness: 25 μm
Number of channels: 128 Channel substrate thickness: 200 μm
（実施例２）
次に、図２で示したインクジェットヘッド２１の他の製造方法について、実施例２として説明する。図６および図７は、実施例２のインクジェットヘッド２１の製造工程を示す断面図である。実施例２のインクジェットヘッド２１は、以下の工程（１）〜（１０）を順に経て製造される。
(Example 2)
Next, another method for manufacturing the
（１）流路基板２２および振動板２３として、振動板２３となるＳｉ薄膜層の厚みが１５μｍのＳＯＩウェハを使用する。
(1) As the
（２）上記のＳＯＩウェハを加熱炉に入れ、１５００℃程度に所定時間保持して、Ｓｉ薄膜層の表面に、補強膜４２を構成する層４２ａを形成する。層４２ａは、ＳｉＯ2からなる熱酸化膜であり、その厚さは１０μｍである。
(2) The above SOI wafer is put into a heating furnace and held at about 1500 ° C. for a predetermined time to form a
（３）層４２ａの上に、感光性樹脂材料をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、現像して、不要な部分を除去することにより、補強膜４２の形状を転写する（フォトリソグラフィー）。続けて、ウェットエッチングや反応性イオンエッチング法を用いて、層４２ａの不要な部分を除去する（エッチング）。これにより、補強膜４２がパターニング形成される。
(3) A photosensitive resin material is applied onto the
なお、少なくとも上記した（２）〜（３）の工程は、流路基板２２に圧力室３３および共通インク室３４を形成する前に、流路基板２２の一方の面側に、共通インク室３４を覆う壁（ダンパー２３ａ）となる部分を補強する補強膜４２を形成する工程に対応する。なお、補強膜４２の厚さは１０μｍであり、後述の圧電素子４１（厚さ５．４４μｍ）よりも厚い。
Note that at least the steps (2) to (3) described above are performed on the
（４）ＳＯＩウェハ上に、下部電極５１を構成する層５１ａとして、Ｔｉ層（厚さ０．０２μｍ）、Ｐｔ層（厚さ０．１μｍ）をスパッタ法で順に成膜する。続けて、基板を６００℃程度に再加熱し、層５１ａ上に、圧電薄膜５２を構成するＰＺＴの層５２ａ（厚さ５μｍ）をスパッタ法で成膜する。
(4) A Ti layer (thickness: 0.02 μm) and a Pt layer (thickness: 0.1 μm) are sequentially formed on the SOI wafer by sputtering as the
（５）層５２ａ上に、上部電極５３を構成する層５３ａとして、Ｔｉ層（厚さ０．０２μｍ）、Ａｕ層（厚さ０．３μｍ）をスパッタ法で順に成膜する。
(5) A Ti layer (thickness: 0.02 μm) and an Au layer (thickness: 0.3 μm) are sequentially formed on the
（６）層５３ａ上に、レジストとしての感光性樹脂材料をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングを行い、レジストの不要な部分を除去することにより、上部電極５３の形状を転写する（フォトリソグラフィー）。続けて、レジストをマスクとしてエッチングを行い、層５３ａの不要な部分を除去して上部電極５３をパターニング形成する。このようなフォトリソグラフィーとエッチングとを繰り返し、圧電薄膜５２をパターニング形成する。
(6) A photosensitive resin material as a resist is applied on the
（７）上記のフォトリソグラフィーとエッチングとを繰り返し、下部電極５１をパターニング形成する。これにより、圧電素子４１が形成される。
(7) The above photolithography and etching are repeated to form the
なお、少なくとも上記した（４）〜（７）の工程は、流路基板２２に圧力室３３および共通インク室３４を形成する前に、流路基板２２の一方の面側に、圧力室３３を駆動するための圧電素子４１を形成する工程に対応する。
At least the steps (4) to (7) described above, the
（８）流路基板２２が所定の厚さ（例えば２００μｍ）となるように、流路基板２２の裏面側（圧電素子４１の形成側とは反対側）の面を研削・研磨する。
(8) The surface of the back surface side of the flow path substrate 22 (on the side opposite to the formation side of the piezoelectric element 41) is ground and polished so that the
（９）流路基板２２の裏面側に、感光性樹脂材料をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、現像することにより、不要な部分を除去する。その後、パターニングされた感光性樹脂材料をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いてＳｉの除去加工を行う。このとき、流路基板２２をその厚み分だけ掘り込むことにより、流路基板２２に圧力室３３、共通インク室３４、個別流路３５を同時に形成する。共通インク室３４の形成により、振動板２３において、共通インク室３４を覆う部分がダンパー２３ａとなる。ダンパー２３ａの共通インク室３４側の表面は、平坦面である。また、ダンパー２３ａにおける共通インク室３４とは反対側の表面に補強膜４２が形成されていることにより、ダンパー２３ａが補強される。
(9) A photosensitive resin material is applied to the back surface side of the
なお、上記のイオンエッチング中は、ウェハが高温（例えば１２０℃）になるため、補強膜４２には耐熱性が必要になるが、補強膜４２となる熱酸化膜（ＳｉＯ2）のＴｇは１３００℃であり、問題はない。
Incidentally, in the above ion etching, since the wafer is a high temperature (e.g. 120 ° C.), it becomes necessary heat resistance to the reinforcing
上記した（９）の工程は、流路基板２２に、複数の圧力室３３を形成する工程と、共通インク室３４を形成する工程とに対応する。
The step (9) described above corresponds to the step of forming the plurality of
（１０）流路基板２２の裏面側に、ノズル孔２４ａを有するノズル基板２４を接着剤等で貼り合わせることにより、インクジェットヘッド２１が完成する。
(10) The
実施例２において、インク変動をダンパー２３ａで抑え、かつ、補強膜４２でダンパー２３ａの破損を低減するための各部の寸法についてまとめると、以下のようになる。
圧力室直径：２５０μｍ
振動板厚み：５μｍ
圧電薄膜直径：１８０μｍ
圧電薄膜厚み：５μｍ
上部電極厚み：０．３２μｍ
下部電極厚み：０．１２μｍ
ダンパー厚み：５μｍ
補強膜（ＳｉＯ2膜）厚み：１０μｍ
チャネル数：１２８個
流路基板厚み：２００μｍ
In Example 2, the dimensions of each part for suppressing ink fluctuation with the
Pressure chamber diameter: 250 μm
Diaphragm thickness: 5 μm
Piezoelectric thin film diameter: 180 μm
Piezoelectric thin film thickness: 5μm
Upper electrode thickness: 0.32 μm
Lower electrode thickness: 0.12 μm
Damper thickness: 5μm
Reinforcing film (SiO 2 film) thickness: 10 μm
Number of channels: 128 Channel substrate thickness: 200 μm
（実施例３）
次に、図３で示したインクジェットヘッド２１の製造方法について、実施例３として説明する。実施例３では、実施例１の第１の工程において、圧電素子４１のパターニング形状を変えて補強膜４２を形成している。それ以外は、実施例１と同様である。以下、実施例１と異なる部分のみ説明する。
(Example 3)
Next, a method for manufacturing the
上部電極５３を実施例１と同じ形状でパターニング形成した後、層５２ａにおける圧力室３３（後の流路基板２２のエッチングによって圧力室３３となる部分）の上方の一部のみをエッチングして、圧電薄膜５２をパターニング形成する。層５１ａについては、圧力室３３の上方から共通インク室３４（後の流路基板２２のエッチングによって共通インク室３４となる部分）の上方にかけて層５１ａが残るように、それ以外の層５１ａをエッチングして除去し、下部電極５１を形成する。したがって、振動板２３上において、共通インク室３４の上方には、圧電薄膜５２および下部電極５１と同じ層構成の膜６１が形成される。
After the
その後、振動板２３上に、感光性永久膜（東京応化製 ＴＭＭＲ Ｓ２０００、感光性エポキシ系樹脂、Ｔｇ＝２３０℃）をスピンコート法により、厚さ１５μｍで塗布する。続いて、マスクを介して露光し、現像することにより、感光性永久膜の不要な部分を除去する。これにより、膜６１上に感光性永久膜からなる膜６２が形成されて補強膜４２となる。
Thereafter, a photosensitive permanent film (TMMR S2000, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., photosensitive epoxy resin, Tg = 230 ° C.) is applied on the
実施例３において、インク変動をダンパー２３ａで抑え、かつ、補強膜４２でダンパー２３ａの破損を低減するための各部の寸法についてまとめると、以下のようになる。
圧力室直径：２５０μｍ
振動板厚み：５μｍ
圧電薄膜直径：１８０μｍ
圧電薄膜厚み：５μｍ
上部電極厚み：０．３２μｍ
下部電極厚み：０．１２μｍ
ダンパー厚み：５μｍ
補強膜（感光性永久膜）厚み：１５μｍ
チャネル数：１２８個
流路基板厚み：２００μｍ
In Example 3, the dimensions of each part for suppressing ink fluctuation with the
Pressure chamber diameter: 250 μm
Diaphragm thickness: 5 μm
Piezoelectric thin film diameter: 180 μm
Piezoelectric thin film thickness: 5μm
Upper electrode thickness: 0.32 μm
Lower electrode thickness: 0.12 μm
Damper thickness: 5μm
Reinforcing film (photosensitive permanent film) thickness: 15 μm
Number of channels: 128 Channel substrate thickness: 200 μm
（実施例４）
実施例４では、補強膜４２（感光性永久膜）を厚さ５０μｍで形成した以外は、実施例１と同様の方法でインクジェットヘッド２１を製造した。
Example 4
In Example 4, the
（実施例５）
実施例５では、補強膜４２としてアクリル樹脂を用い、スプレー塗布により、補強膜４２を厚さ１５μｍで成膜している。それ以外は、実施例１と同様の方法でインクジェットヘッド２１を製造した。
(Example 5)
In Example 5, an acrylic resin is used as the reinforcing
（比較例１）
比較例１では、補強膜４２として、ＳｉＯ2をスパッタ法により成膜した以外は、実施例１と同様の方法でインクジェットヘッド２１を製造した。なお、スパッタ時の成膜レートは遅く、厚みの大きい補強膜４２を成膜することは困難であるため、比較例１では、ＳｉＯ2を厚さ２μｍで成膜して補強膜４２とした。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the
（評価について）
以上の実施例１〜５、比較例１で製造した各インクジェットヘッド２１において、ダンパー２３ａの耐圧性および可撓性、補強膜４２の耐熱性、加工精度について評価した。その結果を表１に示す。
(About evaluation)
In each of the inkjet heads 21 manufactured in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 described above, the pressure resistance and flexibility of the
なお、耐圧性、可撓性、耐熱性、加工精度の各評価基準は、以下の通りである。
（耐圧性評価基準）
○：共通インク室内のインク圧力が２００ｋＰａ以上でも、ダンパーが破損しなかった。
△：共通インク室内のインク圧力が５０ｋＰａ以上２００ｋＰａ未満で、ダンパーが破損した。
×：共通インク室内のインク圧力が５０ｋＰａ未満で、ダンパーが破損した。
The evaluation criteria for pressure resistance, flexibility, heat resistance, and processing accuracy are as follows.
(Pressure resistance evaluation criteria)
A: The damper was not damaged even when the ink pressure in the common ink chamber was 200 kPa or more.
Δ: The ink pressure in the common ink chamber was 50 kPa or more and less than 200 kPa, and the damper was damaged.
X: The ink pressure in the common ink chamber was less than 50 kPa, and the damper was damaged.
（可撓性評価基準）
○：ダンパーが撓んだときの共通インク室の容積変化分と、インク吐出時の圧力室の容積変化分との比が１．２以上であり、ダンパーの可撓性が十分にあり、また、加工バラツキを考慮しても、ダンパーの可撓性を十分に確保できる。
△：上記の比が１以上１．２未満であり、ダンパーの可撓性が十分にある。
×：上記の比が１未満であり、ダンパーの可撓性が十分ではない。
(Flexibility evaluation criteria)
○: The ratio of the volume change of the common ink chamber when the damper is bent to the volume change of the pressure chamber during ink ejection is 1.2 or more, and the damper has sufficient flexibility. Even if processing variations are taken into account, the flexibility of the damper can be sufficiently secured.
(Triangle | delta): Said ratio is 1 or more and less than 1.2, and the flexibility of a damper is enough.
X: The above ratio is less than 1, and the flexibility of the damper is not sufficient.
（耐熱性評価基準）
○：Ｔｇが１２０℃以上である。
×：Ｔｇが１２０℃未満である。
(Heat resistance evaluation criteria)
○: Tg is 120 ° C. or higher.
X: Tg is less than 120 ° C.
（加工精度評価基準）
○：半導体プロセスによる微細加工ができる。
×：半導体プロセスによる微細加工が困難である。
(Processing accuracy evaluation criteria)
○: Fine processing by a semiconductor process is possible.
X: Fine processing by a semiconductor process is difficult.
表１より、実施例１〜５では、ダンパー２３ａの耐圧性が良好であるが、比較例１では、耐圧性が良好ではないことがわかる。これは、実施例１〜５では、ダンパー２３ａ上に圧電素子４１（厚さ７μｍ未満）よりも膜厚の厚い補強膜４２が形成されている結果、ダンパー２３ａの補強が確実になされている一方、比較例１では、補強膜４２の膜厚が２μｍと圧電素子４１の厚さよりも薄く、インク変動に耐え得る程度のダンパー２３ａの補強がなされていないためと考えられる。
From Table 1, it can be seen that in Examples 1 to 5, the pressure resistance of the
したがって、ダンパー２３ａ上に、圧電素子４１よりも厚さの大きい補強膜４２が形成されることにより、ダンパー２３ａの耐圧性を十分に確保して、過度のインク変動（インク圧力の増大）によるダンパー２３ａの破損を低減できると言える。
Accordingly, the reinforcing
また、実施例１〜５のインクジェットヘッド２１において、インク吐出特性を調べたところ、その吐出特性は安定していた。これは、上記のようにダンパー２３ａの耐圧性の確保によって、過度のインク変動によるダンパー２３ａの破損が低減されていることと、ダンパー２３ａの可撓性が良好（○）またはほぼ良好（△）であり、インクの吐出後、ダンパー２３ａの変形により、貯留タンク８から共通インク室３４にインクが確実に供給されていることによるものと考えられる。
Further, when the ink discharge characteristics were examined in the inkjet heads 21 of Examples 1 to 5, the discharge characteristics were stable. This is because the damage of the
また、実施例４では、ダンパー２３ａの耐圧性は良好であるが、可撓性が少し低下している。これは、ダンパー２３ａの厚さ５μｍに対して、補強膜４２の厚さが５０μｍと厚いため、ダンパー２３ａを補強する効果は高まるものの、ダンパー２３ａが変形しにくくなっているためと考えられる。
In Example 4, the pressure resistance of the
また、圧電薄膜５２の厚さは１〜６μｍの範囲で変動するが、下部電極５１および上部電極５３の厚さの総和は１μｍにも満たないため、圧電素子４１の厚さは最大でも７μｍに届かない。上述の結果より、補強膜４２は圧電素子４１よりも厚さが大きいことが必要と考えられるため、補強膜４２の膜厚は７μｍ以上であればよいと言える。
The thickness of the piezoelectric
また、振動板２３がシリコンからなり、圧電素子４１の厚さが７μｍ未満である場合、振動板２３（ダンパー２３ａ）の厚さが３〜１０μｍであれば、ダンパー２３ａが十分に薄いため、ダンパー機能を発揮する。ダンパー２３ａが良好に変形するためには、ダンパー２３ａと補強膜４２の厚さの総和が４０μｍ以下であることが望ましい。したがって、このような構成において、補強膜４２を厚さ７〜３７μｍで形成することにより、補強膜４２によってダンパー２３ａの耐圧性を向上させながら、同時に可撓性も満足して得ることができると言える。なお、ダンパー２３ａの厚さの下限値が３μｍであるため、ダンパー２３ａと補強膜４２の厚さの総和を４０μｍ以下とした場合、補強膜４２の厚さの上限値は３７μｍとなる。
Further, when the
また、実施例５では、ダンパー２３ａの耐圧性は良好であるが、補強膜４２の材料として、耐熱性の低いアクリル樹脂を用いているため、補強膜４２の形成後に半導体プロセスによる圧力室等の微細加工ができず、加工精度が低下しているものと考えられる。したがって、補強膜４２の材料としては、実施例１〜４のように、耐熱性の高い感光性エポキシ系樹脂やＳｉＯ2を用いることが望ましいと言える。
Further, in Example 5, the pressure resistance of the
また、上記したインクジェットヘッド２１の製造方法は、（ａ）流路基板２２に、複数の圧力室３３を形成する工程と、（ｂ）流路基板２２に、圧力室３３にインクを供給する共通インク室３４を形成する工程と、（ｃ）圧力室３３および共通インク室３４を形成する前に、流路基板２２の一方の面側に、圧力室３３を駆動するための圧電素子４１を形成する工程と、（ｄ）圧力室３３および共通インク室３４を形成する前に、流路基板２２の一方の面側に、共通インク室３４を覆う壁（ダンパー２３ａ）となる部分を補強する補強膜４２を形成する工程とを有している。ここで、上記壁の少なくとも一部は、圧力室３３からインクが外部に吐出するときの共通インク室３４内でのインクの圧力変動によって変位し、上記壁の共通インク室３４側の表面は、平坦面であり、補強膜４２は、上記壁における共通インク室３４とは反対側の表面に形成されることにより、上記壁を補強し、補強膜４２の厚さは、圧電素子４１よりも厚い。
In addition, the above-described method for manufacturing the
このように、流路基板２２に圧力室３３および共通インク室３４を形成する前に、補強膜４２が形成されるため、共通インク室３４を覆う壁となる部分を補強膜４２で補強した状態で、流路基板２２に圧力室３３および共通インク室３４を形成することができる。これにより、共通インク室３４等の形成時に上記壁が破損するのを確実に低減することができる。
As described above, since the reinforcing
本発明のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタに利用可能である。 The ink jet head of the present invention can be used in an ink jet printer.
１ インクジェットプリンタ
２１ インクジェットヘッド
２２ 流路基板
２３ 振動板（シリコン基板、壁）
２３ａ ダンパー（壁）
３３ 圧力室
３４ 共通インク室
４１ 圧電素子
４２ 補強膜
５１ 下部電極
５２ 圧電薄膜
５３ 上部電極
６１ 膜（積層膜）
６２ 膜（積層膜）
DESCRIPTION OF
23a Damper (wall)
33
62 Film (laminated film)
Claims (13)
前記流路基板には、前記圧力室にインクを供給する共通インク室がさらに形成されており、
前記インクジェットヘッドにおいて、前記共通インク室を覆う壁の少なくとも一部は、前記圧力室からインクが外部に吐出するときの前記共通インク室内でのインクの圧力変動によって変位し、
前記壁の前記共通インク室側の表面は、平坦面であり、
前記壁における前記共通インク室とは反対側の表面に、前記壁を補強する補強膜が形成されており、
前記補強膜の厚さは、前記圧電素子よりも厚いことを特徴とするインクジェットヘッド。 An inkjet head having a flow path substrate in which a plurality of pressure chambers are formed and a piezoelectric element provided on the pressure chamber, and ejecting ink from the pressure chamber by driving the piezoelectric element,
The flow path substrate is further formed with a common ink chamber for supplying ink to the pressure chamber,
In the inkjet head, at least a part of the wall covering the common ink chamber is displaced by a pressure variation of the ink in the common ink chamber when the ink is ejected from the pressure chamber to the outside.
The surface of the wall on the common ink chamber side is a flat surface,
A reinforcing film for reinforcing the wall is formed on a surface of the wall opposite to the common ink chamber,
The inkjet head according to claim 1, wherein the reinforcing film is thicker than the piezoelectric element.
前記振動板が、前記壁を構成していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。 A vibration plate that vibrates by driving the piezoelectric element and discharges ink in the pressure chamber to the outside;
The inkjet head according to claim 1, wherein the diaphragm forms the wall.
前記補強膜の厚さは、前記圧電薄膜の厚さ、前記下部電極の厚さ、前記上部電極の厚さの総和よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。 The piezoelectric element is composed of a piezoelectric thin film, a lower electrode and an upper electrode sandwiching the piezoelectric thin film,
3. The inkjet head according to claim 1, wherein a thickness of the reinforcing film is larger than a total sum of a thickness of the piezoelectric thin film, a thickness of the lower electrode, and a thickness of the upper electrode.
前記圧電素子の厚さは、７μｍ未満であり、
前記壁の厚さは、３μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記補強膜の厚さは、７μｍ以上３７μｍ以下であり、
前記壁の厚さと前記補強膜の厚さの総和は、４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のインクジェットヘッド。 The wall is made of a silicon substrate;
The thickness of the piezoelectric element is less than 7 μm,
The wall thickness is 3 μm or more and 10 μm or less,
The thickness of the reinforcing film is 7 μm or more and 37 μm or less,
9. The ink jet head according to claim 1, wherein a total sum of the thickness of the wall and the thickness of the reinforcing film is 40 μm or less.
前記流路基板には、前記圧力室にインクを供給する共通インク室がさらに形成されており、
前記インクジェットヘッドにおいて、前記共通インク室を覆う壁の厚さは、３μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記壁の前記共通インク室側の表面は、平坦面であり、
前記壁において前記共通インク室とは反対側の面に、前記壁を補強する補強膜が形成されており、
前記補強膜の厚さは、前記圧電素子よりも厚いことを特徴とするインクジェットヘッド。 An inkjet head having a flow path substrate in which a plurality of pressure chambers are formed and a piezoelectric element provided on the pressure chamber, and ejecting ink from the pressure chamber by driving the piezoelectric element,
The flow path substrate is further formed with a common ink chamber for supplying ink to the pressure chamber,
In the inkjet head, the thickness of the wall covering the common ink chamber is 3 μm or more and 10 μm or less,
The surface of the wall on the common ink chamber side is a flat surface,
A reinforcing film for reinforcing the wall is formed on a surface of the wall opposite to the common ink chamber,
The inkjet head according to claim 1, wherein the reinforcing film is thicker than the piezoelectric element.
前記流路基板に、前記圧力室にインクを供給する共通インク室を形成する工程と、
前記圧力室および前記共通インク室を形成する前に、前記流路基板の一方の面側に、前記圧力室を駆動するための圧電素子を形成する工程と、
前記圧力室および前記共通インク室を形成する前に、前記流路基板の前記一方の面側に、前記共通インク室を覆う壁となる部分を補強する補強膜を形成する工程とを有し、
前記壁の少なくとも一部は、前記圧力室からインクが外部に吐出するときの前記共通インク室内でのインクの圧力変動によって変位し、
前記壁の前記共通インク室側の表面は、平坦面であり、
前記補強膜は、前記壁における前記共通インク室とは反対側の表面に形成されることにより、前記壁を補強し、
前記補強膜の厚さは、前記圧電素子よりも厚いことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 Forming a plurality of pressure chambers on the flow path substrate;
Forming a common ink chamber for supplying ink to the pressure chamber on the flow path substrate;
Forming a piezoelectric element for driving the pressure chamber on one surface side of the flow path substrate before forming the pressure chamber and the common ink chamber;
Before forming the pressure chamber and the common ink chamber, forming a reinforcing film on the one surface side of the flow path substrate to reinforce a portion serving as a wall covering the common ink chamber;
At least a part of the wall is displaced by a pressure variation of the ink in the common ink chamber when the ink is ejected from the pressure chamber to the outside,
The surface of the wall on the common ink chamber side is a flat surface,
The reinforcing film reinforces the wall by being formed on a surface of the wall opposite to the common ink chamber,
The method of manufacturing an ink-jet head, wherein the reinforcing film is thicker than the piezoelectric element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014099663A JP2015214127A (en) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | Ink jet head, manufacturing method of the same, and ink jet printer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014099663A JP2015214127A (en) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | Ink jet head, manufacturing method of the same, and ink jet printer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015214127A true JP2015214127A (en) | 2015-12-03 |
Family
ID=54751490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014099663A Pending JP2015214127A (en) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | Ink jet head, manufacturing method of the same, and ink jet printer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2015214127A (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000301714A (en) * | 1999-04-26 | 2000-10-31 | Seiko Epson Corp | Ink jet recording head and ink jet recorder |
| JP2005053080A (en) * | 2003-08-04 | 2005-03-03 | Seiko Epson Corp | Liquid ejecting head and liquid ejector |
| US20060007272A1 (en) * | 2003-03-24 | 2006-01-12 | Kenichi Ogata | Recording head, carriage and image forming apparatus |
| JP2010162862A (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-29 | Ricoh Co Ltd | Liquid ejection head and image forming apparatus |
| JP2013223998A (en) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | Seiko Epson Corp | Method of manufacturing liquid ejecting apparatus and method of manufacturing liquid ejection head |
-
2014
- 2014-05-13 JP JP2014099663A patent/JP2015214127A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000301714A (en) * | 1999-04-26 | 2000-10-31 | Seiko Epson Corp | Ink jet recording head and ink jet recorder |
| US20060007272A1 (en) * | 2003-03-24 | 2006-01-12 | Kenichi Ogata | Recording head, carriage and image forming apparatus |
| JP2005053080A (en) * | 2003-08-04 | 2005-03-03 | Seiko Epson Corp | Liquid ejecting head and liquid ejector |
| JP2010162862A (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-29 | Ricoh Co Ltd | Liquid ejection head and image forming apparatus |
| JP2013223998A (en) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | Seiko Epson Corp | Method of manufacturing liquid ejecting apparatus and method of manufacturing liquid ejection head |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8960866B2 (en) | Electromechanical transducer element, liquid discharge head, liquid discharge device, and image forming apparatus | |
| US9707756B2 (en) | Inkjet head and inkjet recording apparatus | |
| US9914299B2 (en) | Inkjet head and inkjet recording apparatus | |
| JP2012143981A (en) | Liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus | |
| JP2017193108A (en) | Ink jet head and ink jet recording device | |
| EP3246163A1 (en) | Inkjet head and inkjet recording apparatus | |
| JP2018083316A (en) | Manufacturing method of nozzle plate and manufacturing method of ink jet head | |
| JP2017001240A (en) | Inkjet head and inkjet recording device | |
| JP5309375B2 (en) | Ink jet print head and manufacturing method thereof | |
| EP3456538B1 (en) | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus | |
| JP6025052B2 (en) | Droplet discharge head and image forming apparatus | |
| JP6520237B2 (en) | Droplet discharge head, liquid cartridge and image forming apparatus | |
| JP6319430B2 (en) | Inkjet head and inkjet printer | |
| JP2017065138A (en) | Inkjet driving device | |
| JP2015214127A (en) | Ink jet head, manufacturing method of the same, and ink jet printer | |
| JP2010188694A (en) | Liquid conveying device | |
| EP3246164B1 (en) | Inkjet head and inkjet recording apparatus | |
| JP6365347B2 (en) | Piezoelectric device, piezoelectric device manufacturing method, inkjet head, inkjet head manufacturing method, and inkjet printer | |
| JP6376690B2 (en) | Droplet ejecting apparatus and image forming apparatus | |
| WO2016093078A1 (en) | Piezoelectric actuator, method for producing piezoelectric actuator, liquid droplet ejection head, method for producing liquid droplet ejection head, liquid droplet ejection device and method for producing liquid droplet ejection device | |
| JP4496809B2 (en) | Droplet discharge head manufacturing method, droplet discharge head, and droplet discharge apparatus | |
| JP2016115702A (en) | Piezoelectric actuator, method for manufacturing the same, inkjet head, and inkjet printer | |
| US20220184953A1 (en) | Liquid discharge head and liquid discharge apparatus | |
| JP2004090279A (en) | Liquid ejection head and liquid ejector | |
| WO2017169470A1 (en) | Inkjet head and inkjet printer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161221 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170927 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171010 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180403 |