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JP2018154033A - Liquid discharge head, method for manufacturing liquid discharge head, liquid discharge unit, and apparatus for discharging liquid - Google Patents

Liquid discharge head, method for manufacturing liquid discharge head, liquid discharge unit, and apparatus for discharging liquid Download PDF

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JP2018154033A
JP2018154033A JP2017053082A JP2017053082A JP2018154033A JP 2018154033 A JP2018154033 A JP 2018154033A JP 2017053082 A JP2017053082 A JP 2017053082A JP 2017053082 A JP2017053082 A JP 2017053082A JP 2018154033 A JP2018154033 A JP 2018154033A
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Abstract

【課題】電気機械変換素子間での振動板の撓み具合のバラつき発生を抑制し、良好な吐出性能を得ることができる。【解決手段】複数のノズルと、ノズルに連通する圧力室が複数並んで形成されるとともに、端部側にダミー圧力室が形成される圧力室形成基板と、圧力室形成基板の一方面に設けられ、その一部が圧力室およびダミー圧力室の壁面を構成する振動板層と、各圧力室に対応して設けられる電気機械変換素子30と、各ダミー圧力室に対応して設けられるダミー電気機械変換素子34と、電気機械変換素子30に電気的に接続された電極パッド62と、ダミー電気機械変換素子34に電気的に接続されたダミー電極パッド63と、ダミー電極パッド63のうち少なくとも最端部に位置するダミー電極パッド63に対して、その少なくとも一部に対向するように形成されたガードリング配線64と、を備える。【選択図】図13PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the occurrence of variation in the degree of bending of a diaphragm between electromechanical conversion elements, and to obtain good ejection performance. SOLUTION: A plurality of nozzles and a plurality of pressure chambers communicating with the nozzles are formed side by side, and a pressure chamber forming substrate in which a dummy pressure chamber is formed on an end side and a pressure chamber forming substrate are provided on one surface of the pressure chamber forming substrate. A part of the vibrating plate layer that constitutes the wall surface of the pressure chamber and the dummy pressure chamber, the electromechanical conversion element 30 provided corresponding to each pressure chamber, and the dummy electricity provided corresponding to each dummy pressure chamber. At least the most of the mechanical conversion element 34, the electrode pad 62 electrically connected to the electromechanical conversion element 30, the dummy electrode pad 63 electrically connected to the dummy electromechanical conversion element 34, and the dummy electrode pad 63. A guard ring wiring 64 formed so as to face at least a part of the dummy electrode pad 63 located at the end thereof is provided. [Selection diagram] FIG. 13

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ユニット、および液体を吐出する装置に関する。   The present invention relates to a liquid ejection head, a method for manufacturing a liquid ejection head, a liquid ejection unit, and an apparatus for ejecting liquid.

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等に使用される液体吐出ヘッドに関して、液体を吐出するノズルと、ノズルが連通する圧力室と、圧力室内の液体を加圧する圧電素子等の電気機械変換素子と、を有するものが知られている。また、液体吐出ヘッドには、縦振動モードのアクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものと2種類が実用化されている。   A liquid discharge head used in a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, or the like has a nozzle that discharges liquid, a pressure chamber that communicates with the nozzle, and an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element that pressurizes the liquid in the pressure chamber. Things are known. Two types of liquid ejection heads have been put into practical use, one using a longitudinal vibration mode actuator and the other using a flexural vibration mode actuator.

たわみ振動モードを利用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力室に対応する形状に切り分けて各圧力室に独立するように電気機械変換素子を形成したものが知られている。   As an example of using the flexural vibration mode, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm, and this piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure chamber by a lithography method. A device in which an electromechanical conversion element is formed so as to be independent of each pressure chamber is known.

このような電気機械変換素子について分極処理を施すことが知られている。すなわち、電気機械変換素子を形成する電気機械変換膜に含まれる圧電体結晶は、分極方向がランダムな状態となっているが、電圧印加を繰り返す分極処理を施すことで、分極方向を揃え、電気機械変換素子の連続駆動後の変位劣化を抑制するものである。   It is known that such an electromechanical conversion element is subjected to polarization treatment. In other words, the piezoelectric crystal included in the electromechanical conversion film forming the electromechanical conversion element has a random polarization direction. It suppresses displacement deterioration after continuous driving of the mechanical transducer.

また、液体吐出ヘッドにおいて、液体の充填時の気泡を排出し、液体の充填性を良好にするために、液体の吐出を行う電気機械変換素子を有する駆動チャネルの配列方向の端部側に、液滴の吐出を行わないダミーの電気機械変換素子を有するダミーチャネルを配設することが知られている。   Further, in the liquid discharge head, in order to discharge bubbles at the time of filling the liquid and improve the liquid filling property, on the end side in the arrangement direction of the drive channel having the electromechanical conversion element for discharging the liquid, It is known to provide a dummy channel having a dummy electromechanical transducer that does not discharge droplets.

例えば、特許文献1には、ノズルと、液室と、電気機械変換素子と、電気機械変換素子の基板側の第1の駆動電極に接続された第1の端子電極と、電気機械変換素子の基板側とは反対側の第2の駆動電極に接続された第2の端子電極とを、複数組備え、複数の第2の端子電極が所定の間隔で並ぶように配置され、複数の第2の端子電極の列の端部に隣接する位置に、ダミーの端子電極を設けた液滴吐出ヘッドが開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a nozzle, a liquid chamber, an electromechanical conversion element, a first terminal electrode connected to a first drive electrode on the substrate side of the electromechanical conversion element, and an electromechanical conversion element. A plurality of second terminal electrodes connected to the second drive electrode on the side opposite to the substrate side are provided, and the plurality of second terminal electrodes are arranged so as to be arranged at a predetermined interval. A droplet discharge head is disclosed in which a dummy terminal electrode is provided at a position adjacent to an end of a row of terminal electrodes.

特許文献1のように駆動チャネルの端部側にダミーチャネルを設けることで、分極処理を行う際に、ダミーの端子電極に電荷注入を集中させて、端部に位置する駆動チャネルの個別電極への電荷集中を抑えることができる。   By providing a dummy channel on the end side of the drive channel as in Patent Document 1, when performing polarization processing, the charge injection is concentrated on the dummy terminal electrode, to the individual electrode of the drive channel located at the end. Charge concentration can be suppressed.

しかしながら、ダミーの電気機械変換素子の分極が進みすぎると、その部分での振動板の撓みが、端部側の駆動チャネルの電気機械変換素子の位置での振動板の撓み具合に影響を与えてしまうことがわかった。このように、電気機械変換素子間で振動板の撓み具合にバラつきが生じてしまうと、液体吐出ヘッドの吐出性能に影響を与えてしまう。   However, if the polarization of the dummy electromechanical transducer is advanced too much, the deflection of the diaphragm at that portion affects the degree of deflection of the diaphragm at the position of the electromechanical transducer in the drive channel on the end side. I found out. As described above, if the vibration deflection between the electromechanical transducers varies, the ejection performance of the liquid ejection head is affected.

そこで本発明は、電気機械変換素子間での振動板の撓み具合のバラつき発生を抑制し、良好な吐出性能を得ることができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a liquid ejection head that can suppress the occurrence of variation in the degree of bending of the diaphragm between electromechanical transducers and obtain good ejection performance.

かかる目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズルと、前記ノズルに連通する液体吐出用の圧力室が所定方向に複数並んで形成されるとともに、前記所定方向において前記圧力室の端部側に配置される少なくとも1つのダミー圧力室が形成される圧力室形成基板と、前記圧力室形成基板の一方面に設けられ、その一部が前記圧力室および前記ダミー圧力室の壁面を構成する振動板層と、各圧力室に対応して前記振動板層上に設けられる電気機械変換素子と、各ダミー圧力室に対応して前記振動板層上に設けられるダミー電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に電気的に接続された電極パッドと、前記ダミー電気機械変換素子に電気的に接続されたダミー電極パッドと、前記ダミー電極パッドのうち少なくとも最端部に位置するダミー電極パッドに対して、その少なくとも一部に対向するように形成された配線と、を備えるものである。   In order to achieve this object, a liquid discharge head according to the present invention includes a plurality of nozzles that discharge liquid and a plurality of pressure chambers for liquid discharge that communicate with the nozzles arranged side by side in a predetermined direction. A pressure chamber forming substrate in which at least one dummy pressure chamber is disposed on the end side of the pressure chamber in a direction, and one surface of the pressure chamber forming substrate, a part of which is provided in the pressure chamber and the pressure chamber A diaphragm layer constituting a wall surface of the dummy pressure chamber, an electromechanical conversion element provided on the diaphragm layer corresponding to each pressure chamber, and provided on the diaphragm layer corresponding to each dummy pressure chamber A dummy electromechanical transducer, an electrode pad electrically connected to the electromechanical transducer, a dummy electrode pad electrically connected to the dummy electromechanical transducer, and the dummy electrode pad. The dummy electrode pads located on at least the outermost end, in which and a wiring formed so as to be opposed to at least a portion.

本発明によれば、電気機械変換素子間での振動板の撓み具合のバラつき発生を抑制し、良好な吐出性能を得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, generation | occurrence | production of the variation in the bending state of the diaphragm between electromechanical conversion elements can be suppressed, and favorable discharge performance can be obtained.

液体吐出ヘッドを例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates a liquid discharge head. 液体吐出ヘッドの製造工程を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the manufacturing process of a liquid discharge head. 液体吐出ヘッドを例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates a liquid discharge head. 液体吐出ヘッドの配線等を例示する図である。It is a figure which illustrates the wiring etc. of a liquid discharge head. 振動板の撓みについて説明する図である。It is a figure explaining the bending of a diaphragm. 振動板の撓み量の定義について説明する図である。It is a figure explaining the definition of the bending amount of a diaphragm. 分極処理装置の概略構成を例示する図である。It is a figure which illustrates schematic structure of a polarization processing apparatus. コロナ放電について説明する図である。It is a figure explaining corona discharge. P−Eヒステリシスループについて例示する図である。It is a figure illustrated about a PE hysteresis loop. 液体吐出ヘッドを例示する上面図である。FIG. 6 is a top view illustrating a liquid discharge head. 液体吐出ヘッドを例示する上面図である。FIG. 6 is a top view illustrating a liquid discharge head. 液体吐出ヘッドを例示する上面図である。FIG. 6 is a top view illustrating a liquid discharge head. 第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドを例示する上面図(1)である。FIG. 3 is a top view (1) illustrating a liquid ejection head according to the first embodiment. (a)図13の点線部、(b)図13の一点鎖線部での断面図である。(A) It is sectional drawing in the dotted-line part of FIG. 13, (b) It is sectional drawing in the dashed-dotted line part of FIG. 第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドを例示する上面図(2)である。FIG. 3 is a top view (2) illustrating the liquid ejection head according to the first embodiment. 第2の実施形態に係る液体吐出ヘッドを例示する上面図である。FIG. 10 is a top view illustrating a liquid ejection head according to a second embodiment. 第3の実施形態に係る液体吐出ヘッドを例示する上面図である。FIG. 10 is a top view illustrating a liquid ejection head according to a third embodiment. 駆動ICと接続した状態を示す液体吐出ヘッドを例示する上面図である。FIG. 6 is a top view illustrating a liquid discharge head illustrating a state connected to a drive IC. 液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。It is principal part plane explanatory drawing of an example of the apparatus which discharges a liquid. 液体を吐出する装置の一例の要部側面説明図である。It is principal part side explanatory drawing of an example of the apparatus which discharges a liquid. 液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。It is principal part top explanatory drawing of the other example of a liquid discharge unit. 液体吐出ユニットの他の例の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the other example of a liquid discharge unit. 保持基板について説明する図である。It is a figure explaining a holding substrate.

以下、本発明に係る構成を図1から図23に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration according to the present invention will be described in detail based on the embodiment shown in FIGS.

(液体吐出ヘッド)
[第1の実施形態]
<液体吐出ヘッドの構成>
図1は、液体吐出ヘッドの一実施形態を示す液体吐出ヘッド1の断面図である。液体吐出ヘッド1は、基板10と、振動板20と、電気機械変換素子30と、絶縁保護膜40とを有する。また、電気機械変換素子30は、下部電極31と、電気機械変換膜32と、上部電極33とを有する。
(Liquid discharge head)
[First Embodiment]
<Configuration of liquid discharge head>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid discharge head 1 showing an embodiment of the liquid discharge head. The liquid discharge head 1 includes a substrate 10, a diaphragm 20, an electromechanical conversion element 30, and an insulating protective film 40. The electromechanical conversion element 30 includes a lower electrode 31, an electromechanical conversion film 32, and an upper electrode 33.

液体吐出ヘッド1において、基板10上に振動板20が形成され、振動板20上に電気機械変換素子30の下部電極31が形成される。また、下部電極31の所定領域に電気機械変換膜32が形成され、更に電気機械変換膜32上に上部電極33が形成される。絶縁保護膜40は、電気機械変換素子30を被覆している。絶縁保護膜40は、下部電極31及び上部電極33を選択的に露出する開口部を備えており、開口部を介して、下部電極31及び上部電極33から配線を引き回すことができる。   In the liquid ejection head 1, the diaphragm 20 is formed on the substrate 10, and the lower electrode 31 of the electromechanical transducer 30 is formed on the diaphragm 20. In addition, an electromechanical conversion film 32 is formed in a predetermined region of the lower electrode 31, and an upper electrode 33 is further formed on the electromechanical conversion film 32. The insulating protective film 40 covers the electromechanical conversion element 30. The insulating protective film 40 includes an opening that selectively exposes the lower electrode 31 and the upper electrode 33, and wiring can be routed from the lower electrode 31 and the upper electrode 33 through the opening.

基板10の下部には、インク滴を吐出するノズル51を備えたノズル板50が接合される。ノズル板50、基板10、及び振動板20により、ノズル51に連通する圧力室10x(インク流路、加圧液室、加圧室、吐出室、液室等と称される場合もある)が形成される。振動板20は、インク流路の壁面の一部を形成する。換言すれば、圧力室10xは、基板10(側面を構成)、ノズル板50(下面を構成)、振動板20(上面を構成)で区画されて、ノズル51と連通している。   A nozzle plate 50 having nozzles 51 for ejecting ink droplets is joined to the lower portion of the substrate 10. A pressure chamber 10x (also referred to as an ink flow path, a pressurized liquid chamber, a pressurized chamber, a discharge chamber, or a liquid chamber) that communicates with the nozzle 51 by the nozzle plate 50, the substrate 10, and the vibration plate 20. It is formed. The diaphragm 20 forms a part of the wall surface of the ink flow path. In other words, the pressure chamber 10 x is partitioned by the substrate 10 (which constitutes the side surface), the nozzle plate 50 (which constitutes the lower surface), and the vibration plate 20 (which constitutes the upper surface), and communicates with the nozzle 51.

液体吐出ヘッド1を作製するには、まず、図2に示すように、基板10上に、振動板20、下部電極31、電気機械変換膜32、上部電極33を順次積層する。その後、下部電極31、電気機械変換膜32及び上部電極33を所望の形状にエッチングし、絶縁保護膜40で被覆する。そして、絶縁保護膜40に、下部電極31及び上部電極33を選択的に露出する開口部を形成する。その後、基板10を下方からエッチングして圧力室10xを作製する。次いで、基板10の下面にノズル51を有するノズル板50を接合し、液体吐出ヘッド1が完成する。   In order to manufacture the liquid discharge head 1, first, as illustrated in FIG. 2, the vibration plate 20, the lower electrode 31, the electromechanical conversion film 32, and the upper electrode 33 are sequentially stacked on the substrate 10. Thereafter, the lower electrode 31, the electromechanical conversion film 32, and the upper electrode 33 are etched into a desired shape and covered with the insulating protective film 40. Then, an opening for selectively exposing the lower electrode 31 and the upper electrode 33 is formed in the insulating protective film 40. Thereafter, the substrate 10 is etched from below to produce a pressure chamber 10x. Next, a nozzle plate 50 having nozzles 51 is bonded to the lower surface of the substrate 10 to complete the liquid ejection head 1.

なお、図1では、1つの液体吐出ヘッド1のみを示したが、実際には、図3に示すように、液体吐出ヘッド1が所定方向に複数配列された液体吐出ヘッド2が作製される。液体吐出ヘッド2は、液体を吐出するノズル51と、ノズル51が連通する圧力室10xと、圧力室10x内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた構造体(液体吐出ヘッド1)が所定方向に複数配列された構造である。ここで、吐出駆動手段は、圧力室10xの壁の一部を構成する振動板20と、電気機械変換膜32を備えた電気機械変換素子30とを含む構成とすることができる。   In FIG. 1, only one liquid ejection head 1 is shown, but actually, as shown in FIG. 3, a liquid ejection head 2 in which a plurality of liquid ejection heads 1 are arranged in a predetermined direction is manufactured. The liquid ejection head 2 includes a structure (liquid ejection head 1) including a nozzle 51 that ejects liquid, a pressure chamber 10x that communicates with the nozzle 51, and ejection drive means that boosts the liquid in the pressure chamber 10x. It is a structure in which a plurality are arranged in a predetermined direction. Here, the discharge driving means can be configured to include the diaphragm 20 constituting a part of the wall of the pressure chamber 10 x and the electromechanical conversion element 30 including the electromechanical conversion film 32.

なお、液体吐出ヘッド2において、液体の吐出を行わない構造体(ダミー圧力室、振動板20、電気機械変換素子30)の部分をダミーチャネル4(ダミーch)といい、これに対し、液体吐出ヘッド2において、液体を吐出する構造体(圧力室10x、振動板20、電気機械変換素子30)の部分を駆動チャネル3(駆動ch)と呼ぶ。   In the liquid discharge head 2, the portion of the structure (dummy pressure chamber, diaphragm 20, electromechanical transducer 30) that does not discharge liquid is referred to as a dummy channel 4 (dummy ch). In the head 2, the portion of the structure (pressure chamber 10x, diaphragm 20, electromechanical transducer 30) that discharges liquid is referred to as a drive channel 3 (drive ch).

次いで、配線等を含めた液体吐出ヘッド2の構成について説明する。図4は、液体吐出ヘッド2の配線等を例示する図であり、図4(a)は断面図、図4(b)は平面図である。なお、図4(b)において、絶縁保護膜40及び70の図示は省略されている。   Next, the configuration of the liquid ejection head 2 including wiring and the like will be described. 4A and 4B are diagrams illustrating the wiring of the liquid ejection head 2, and FIG. 4A is a cross-sectional view and FIG. 4B is a plan view. In addition, in FIG.4 (b), illustration of the insulation protective films 40 and 70 is abbreviate | omitted.

図4の例では、絶縁保護膜40を2層(絶縁保護膜40a,40b)で構成している。2層目の絶縁保護膜40b上に、複数の配線60が設けられ、更に配線60上に絶縁保護膜70が設けられている。絶縁保護膜40は複数の開口部40xを備えており、開口部40x内には下部電極31または上部電極33の表面が露出している。配線60は、開口部40xを充填して上部電極33と接続されている(図4(b)のコンタクトホールHの部分)配線と、開口部40xを充填して下部電極31と接続されている配線とを含んでいる。   In the example of FIG. 4, the insulating protective film 40 is composed of two layers (insulating protective films 40a and 40b). A plurality of wirings 60 are provided on the second-layer insulating protective film 40 b, and an insulating protective film 70 is further provided on the wiring 60. The insulating protective film 40 includes a plurality of openings 40x, and the surface of the lower electrode 31 or the upper electrode 33 is exposed in the openings 40x. The wiring 60 fills the opening 40x and is connected to the upper electrode 33 (part of the contact hole H in FIG. 4B) and the wiring 60 fills the opening 40x and is connected to the lower electrode 31. Includes wiring.

絶縁保護膜70は複数の開口部70xを備えており、夫々の開口部70x内には夫々の配線60の表面が露出している。夫々の開口部70x内に露出する夫々の配線60は、電極パッド61及び62となる。ここで、電極パッド61は共通電極パッドであり、配線60を介して各電気機械変換素子30に共通の下部電極31と接続されている。また、電極パッド62は個別電極パッドであり、配線60を介して電気機械変換素子30毎に独立した上部電極33と接続されている。   The insulating protective film 70 includes a plurality of openings 70x, and the surface of each wiring 60 is exposed in each opening 70x. Each wiring 60 exposed in each opening 70x becomes electrode pads 61 and 62. Here, the electrode pad 61 is a common electrode pad, and is connected to the lower electrode 31 common to each electromechanical transducer 30 via the wiring 60. The electrode pad 62 is an individual electrode pad, and is connected to an independent upper electrode 33 for each electromechanical transducer 30 via a wiring 60.

<振動板の撓み(湾曲)>
ところで、液体吐出ヘッド2を作製する工程において、圧力室10xを作製した時点で、図5に示すように、振動板20は圧力室10x側に凸となるように撓む(湾曲する)。このため、振動板20は圧力室10x側に凸状に撓んだ状態で形成される。振動板20の撓み量によっては、振動板20の変位量に影響を与える。また、振動板20が撓むと、インクを吐出させる際に残留振動が発生する。残留振動を抑制するためには、所定の波形の生成が必要となるが、所定の波形の周波数を小さくする必要があり、高周波での吐出性能を確保することが困難となる。
<Bending (curvature) of diaphragm>
By the way, in the process of manufacturing the liquid ejection head 2, when the pressure chamber 10x is manufactured, the diaphragm 20 is bent (curved) so as to protrude toward the pressure chamber 10x as shown in FIG. For this reason, the diaphragm 20 is formed in a state bent in a convex shape toward the pressure chamber 10x. Depending on the amount of deflection of the diaphragm 20, the amount of displacement of the diaphragm 20 is affected. Further, if the vibration plate 20 is bent, residual vibration is generated when ink is ejected. In order to suppress the residual vibration, it is necessary to generate a predetermined waveform. However, it is necessary to reduce the frequency of the predetermined waveform, and it is difficult to ensure the discharge performance at a high frequency.

高周波での吐出性能を確保するためには、振動板20、電気機械変換膜32、絶縁保護膜40の剛性を高める必要があり、高いヤング率の材料を用いたり厚膜化したりする必要が生じる。液体吐出ヘッド2において、振動板20は、応力設計も考慮し、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)、ポリシリコン(Poly−Si)等を材料として含む複数の層から形成することができる。振動板20の膜厚は1μm以上3μm以下で作製されることが好ましい。更に、振動板20のヤング率を75GPa以上95GPa以下とすることで、高周波での吐出性能を確保することができる。 In order to ensure high-frequency ejection performance, it is necessary to increase the rigidity of the diaphragm 20, the electromechanical conversion film 32, and the insulating protective film 40, and it is necessary to use a material having a high Young's modulus or to increase the thickness. . In the liquid discharge head 2, the diaphragm 20 is formed from a plurality of layers including a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (SiN), polysilicon (Poly-Si), and the like in consideration of stress design. be able to. It is preferable that the thickness of the diaphragm 20 is 1 μm or more and 3 μm or less. Furthermore, by setting the Young's modulus of the diaphragm 20 to 75 GPa or more and 95 GPa or less, it is possible to ensure the discharge performance at a high frequency.

次いで、振動板20の撓み量について説明する。まず、図6を参照して振動板20の撓み量の定義について説明する。振動板20の撓み量を算出するには、撓み量計(CCI3000、アメテック社製)を用いて、圧力室10x側から図6(a)に例示する振動板20の撓み分布を取得する。   Next, the bending amount of the diaphragm 20 will be described. First, the definition of the deflection amount of the diaphragm 20 will be described with reference to FIG. In order to calculate the deflection amount of the diaphragm 20, a deflection distribution of the diaphragm 20 illustrated in FIG. 6A is acquired from the pressure chamber 10x side using a deflection meter (CCI3000, manufactured by Ametech).

取得した撓み分布に基づいた振動板20の曲率半径Rの算出について説明する。図5に例示したように、振動板20の中央部は撓みが大きく、両端部は撓みが小さい。そこで、撓み量計を用いて取得した図6(a)に例示する振動板20の撓み分布の中で、撓み量が最小となる両端部の点A及びBを基準に、そこから中心となる点C(撓みの中心点)を求める。次に、両端部の点A及びBと撓みの中心点Cとの距離をXとする。そして、撓みの中心点Cを基準に0.8Xの距離にある2点D及びE求める。次いで、図6(b)に示すように、点D及び点Eを結ぶ線と中心点Cへの垂線の交点を点Fとし、点Fと点Cとの距離を距離Yとする。この距離Yは、撓み分布における点D及び点Eにおける高さと中心点Cにおける高さの差によって求めることができ、曲率円の中心を点Oとすると、点Oと点F間の距離が算出できる。したがって、点O、点E、点Fからなる直角三角形において、三平方の定理を用いて曲率半径Rを算出できる。   Calculation of the radius of curvature R of the diaphragm 20 based on the acquired deflection distribution will be described. As illustrated in FIG. 5, the central portion of the diaphragm 20 has a large amount of bending, and both end portions have a small amount of bending. Therefore, in the deflection distribution of the diaphragm 20 illustrated in FIG. 6A acquired using a deflection meter, the center is based on the points A and B at both ends where the deflection is minimized. A point C (center point of deflection) is obtained. Next, let X be the distance between points A and B at both ends and the center point C of deflection. Then, two points D and E at a distance of 0.8X with respect to the center point C of bending are obtained. Next, as shown in FIG. 6B, an intersection of a line connecting the points D and E and a perpendicular to the center point C is defined as a point F, and a distance between the points F and C is defined as a distance Y. This distance Y can be obtained from the difference between the height at points D and E in the deflection distribution and the height at the center point C. If the center of the curvature circle is the point O, the distance between the points O and F is calculated. it can. Therefore, the radius of curvature R can be calculated using the three-square theorem in the right triangle composed of the points O, E, and F.

以下の説明においては特に記載のない限り、曲率半径Rは、上記の算出方法により算出されるものとするが、振動板20の曲率半径Rの算出方法は、図6に示す方法に限られるものではなく、例えば、振動板20の撓み分布の中で、撓みの中心点(上記点C)を求め、かつ、点Cと、点Cから両端側にそれぞれ所定距離だけ離れた2点の3点の座標点に基づいて算出するものであってもよい。   In the following description, unless otherwise specified, the curvature radius R is calculated by the above calculation method, but the calculation method of the curvature radius R of the diaphragm 20 is limited to the method shown in FIG. Instead, for example, in the deflection distribution of the diaphragm 20, the center point of the deflection (the point C) is obtained, and the point C and two points that are separated from the point C by two predetermined distances on both ends respectively. It may be calculated based on the coordinate points.

<液体吐出ヘッドの材料等>
次いで、液体吐出ヘッド2を構成する好適な材料等に関して説明する。基板10としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常100〜600μmの厚みを持つことが好ましい。面方位としては、(100)、(110)、(111)と3種あるが、半導体産業では一般的に(100)、(111)が広く使用されており、液体吐出ヘッド2でも主に(100)の面方位を持つ単結晶基板を使用することができる。
<Material of liquid discharge head>
Next, a suitable material and the like constituting the liquid discharge head 2 will be described. As the substrate 10, it is preferable to use a silicon single crystal substrate, and it is usually preferable to have a thickness of 100 to 600 μm. There are three types of plane orientations, (100), (110), and (111). Generally, (100) and (111) are widely used in the semiconductor industry. A single crystal substrate having a plane orientation of 100) can be used.

また、圧力室10xを作製していく場合、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工していくが、この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが好ましい。なお、異方性エッチングとは、結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。   Further, when the pressure chamber 10x is manufactured, the silicon single crystal substrate is processed by using etching. In this case, it is preferable to use anisotropic etching as an etching method. Note that the anisotropic etching utilizes the property that the etching rate differs with respect to the plane orientation of the crystal structure.

例えば、KOH等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、(100)面に比べて(111)面は約1/400程度のエッチング速度となる。従って、面方位(100)では約54°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位(110)では深い溝を掘ることができる。そのため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるため、液体吐出ヘッド2でも(110)の面方位を持つ単結晶基板を使用してもよい。但し、この場合、マスク材であるSiOもエッチングされる点に留意が必要である。 For example, in anisotropic etching immersed in an alkaline solution such as KOH, the (111) plane has an etching rate of about 1/400 compared to the (100) plane. Accordingly, a structure having an inclination of about 54 ° can be produced in the plane orientation (100), whereas a deep groove can be dug in the plane orientation (110). Therefore, since the arrangement density can be increased while maintaining rigidity, the liquid discharge head 2 may also use a single crystal substrate having the (110) plane orientation. However, it should be noted that in this case, SiO 2 which is a mask material is also etched.

また、圧力室10xの幅(短手方向の長さ)としては、50μm以上250μm以下が好ましく、60μm以上150μm以下が更に好ましい。   Further, the width (length in the short direction) of the pressure chamber 10x is preferably 50 μm or more and 250 μm or less, and more preferably 60 μm or more and 150 μm or less.

振動板20は、電気機械変換膜32によって発生した力を受けて変形変位し、圧力室10x内のインク滴を吐出させる。そのため、振動板20としては所定の強度を有したものであることが好ましい。具体的には、Si、SiO、Si等をCVD法等により作製したものが挙げられる。更に、振動板20の材料としては、下部電極31、電気機械変換膜32の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。 The vibration plate 20 is deformed and displaced by the force generated by the electromechanical conversion film 32, and ejects ink droplets in the pressure chamber 10x. Therefore, it is preferable that the diaphragm 20 has a predetermined strength. Specifically, a material in which Si, SiO 2 , Si 3 N 4 or the like is produced by a CVD method or the like can be given. Furthermore, it is preferable to select a material close to the linear expansion coefficient of the lower electrode 31 and the electromechanical conversion film 32 as the material of the diaphragm 20.

特に、電気機械変換膜32としてPZTを使用する場合には、振動板20の材料として、PZTの線膨張係数8×10−6(1/K)に近い5×10−6(1/K)〜10×10−6(1/K)程度の線膨張係数を有した材料を選択することが好ましい。7×10−6(1/K)〜9×10−6(1/K)程度の線膨張係数を有した材料を選択することが更に好ましい。 In particular, when using PZT as an electromechanical conversion film 32, as the material of the diaphragm 20, 5 × 10 -6 close to the linear expansion coefficient of PZT 8 × 10 -6 (1 / K) (1 / K) It is preferable to select a material having a linear expansion coefficient of about 10 × 10 −6 (1 / K). It is more preferable to select a material having a linear expansion coefficient of about 7 × 10 −6 (1 / K) to 9 × 10 −6 (1 / K).

振動板20の具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等を挙げられる。これらは、スパッタ法若しくはSol−gel法を用いてスピンコーターにて作製することができる。   Specific examples of the material of the diaphragm 20 include aluminum oxide, zirconium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, osmium oxide, rhenium oxide, rhodium oxide, palladium oxide, and compounds thereof. These can be produced by a spin coater using a sputtering method or a Sol-gel method.

振動板20の膜厚としては1〜10μmが好ましく、2〜5μmが更に好ましい。   The film thickness of the diaphragm 20 is preferably 1 to 10 μm, and more preferably 2 to 5 μm.

下部電極31及び上部電極33としては、金属材料として高い耐熱性と低い反応性を有する白金を用いることができる。但し、白金は、鉛に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合もあり、その場合には、イリジウムや白金−ロジウム等の白金族元素や、これらの合金膜を用いることができる。   As the lower electrode 31 and the upper electrode 33, platinum having high heat resistance and low reactivity can be used as a metal material. However, platinum may not be said to have sufficient barrier properties against lead. In that case, a platinum group element such as iridium or platinum-rhodium, or an alloy film thereof can be used. .

なお、下部電極31及び上部電極33として白金を使用する場合には、下地となる振動板20(特にSiO2)との密着性が悪いため、Ti、TiO、Ta、Ta、Ta等の密着層を介して積層することが好ましい。下部電極31及び上部電極33の作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜を用いることができる。下部電極31及び上部電極33の膜厚としては、0.05〜1μmが好ましく、0.1〜0.5μmが更に好ましい。 In the case of using platinum as the lower electrode 31 and upper electrode 33, because of poor adhesion between the diaphragm 20 (in particular, SiO2) serving as a base, Ti, TiO 2, Ta, Ta 2 O 5, Ta 3 it is preferable to laminate via an adhesion layer of N 5 and the like. As a method for manufacturing the lower electrode 31 and the upper electrode 33, vacuum film formation such as sputtering or vacuum deposition can be used. As a film thickness of the lower electrode 31 and the upper electrode 33, 0.05-1 micrometer is preferable and 0.1-0.5 micrometer is still more preferable.

更に、下部電極31及び上部電極33において、金属材料と電気機械変換膜32との間に、SrRuOやLaNiOを材料とする酸化物電極膜を形成してもよい。なお、下部電極31と電気機械変換膜32との間の酸化物電極膜に関しては、その上に作製する電気機械変換膜32(例えばPZT膜)の配向制御にも影響するため、配向優先させたい方位によって選択される材料が異なる。 Further, in the lower electrode 31 and the upper electrode 33, an oxide electrode film made of SrRuO 3 or LaNiO 3 may be formed between the metal material and the electromechanical conversion film 32. It should be noted that the oxide electrode film between the lower electrode 31 and the electromechanical conversion film 32 affects the alignment control of the electromechanical conversion film 32 (for example, a PZT film) produced thereon, and therefore it is desired to give priority to the alignment. The material selected depends on the orientation.

液体吐出ヘッド2において、電気機械変換膜32としてPZTを用い、PZT(100)に優先配向させる場合には、下部電極31として、LaNiO、TiO、PbTiO等のシード層を金属材料上に作製し、その後PZT膜を形成すると好ましい。 In the liquid ejection head 2, when PZT is used as the electromechanical conversion film 32 and preferentially oriented to PZT (100), a seed layer such as LaNiO 3 , TiO 2 , PbTiO 3 or the like is formed on the metal material as the lower electrode 31. It is preferable that the PZT film is formed after that.

また、上部電極33と電気機械変換膜32との間の酸化物電極膜としてはSRO膜を用いることができ、SRO膜の膜厚としては、20nm〜80nmが好ましく、30nm〜50nmが更に好ましい。   Further, an SRO film can be used as the oxide electrode film between the upper electrode 33 and the electromechanical conversion film 32, and the thickness of the SRO film is preferably 20 nm to 80 nm, and more preferably 30 nm to 50 nm.

電気機械変換膜32としては、好適にはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いることができる。なお、PZTとはジルコン酸鉛(PbZrO)とチタン酸鉛(PbTiO)の固溶体であり、PbZrOとPbTiOの比率によって、PZTの特性が異なる。例えば、PbZrOとPbTiOの比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53、Ti0.47)O、一般にはPZT(53/47)と示されるPZT等を使用することができる。 As the electromechanical conversion film 32, lead zirconate titanate (PZT) can be preferably used. PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ), and the characteristics of PZT differ depending on the ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 . For example, the ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 is 53:47, and Pb (Zr0.53, Ti0.47) O 3 in the chemical formula, PZT generally indicated as PZT (53/47), etc. are used. be able to.

なお、電気機械変換膜32としてPZTを用いPZT(100)面を優先配向とする場合、Zr/Tiの組成比率については、組成比率Ti/(Zr+Ti)が0.45以上0.55以下が好ましく、0.48以上0.52以下が更に好ましい。   When PZT is used as the electromechanical conversion film 32 and the PZT (100) plane is preferentially oriented, the composition ratio of Zr / Ti is preferably such that the composition ratio Ti / (Zr + Ti) is 0.45 or more and 0.55 or less. 0.48 to 0.52 is more preferable.

結晶配向については、ρ(hkl)=I(hkl)/ΣI(hkl)によって表される。ここで、ρ(hkl)は(hkl)面方位の配向度、I(hkl)は任意の配向のピーク強度、ΣI(hkl)は各ピーク強度の総和である。X線回折法のθ−2θ測定で得られる各ピーク強度の総和を1としたときの各々の配向のピーク強度の比率に基づいて算出される(100)配向の配向度は、0.75以上であることが好ましく、0.85以上であることが更に好ましい。   The crystal orientation is represented by ρ (hkl) = I (hkl) / ΣI (hkl). Here, ρ (hkl) is the degree of orientation in the (hkl) plane orientation, I (hkl) is the peak intensity of any orientation, and ΣI (hkl) is the sum of the peak intensities. The degree of orientation of the (100) orientation calculated based on the ratio of the peak intensities of each orientation when the sum of the peak intensities obtained by the θ-2θ measurement of the X-ray diffraction method is 1 is 0.75 or more. It is preferable that it is 0.85 or more.

電気機械変換膜32の作製方法としては、スパッタ法若しくはSol−gel法を用いてスピンコーターにて作製することができる。その場合は、パターニングが必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得ることができる。   As a method for producing the electromechanical conversion film 32, it can be produced by a spin coater using a sputtering method or a Sol-gel method. In that case, since patterning is required, a desired pattern can be obtained by photolithography etching or the like.

PZTをSol−gel法により作製する場合には、まず、出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を用いる。そして、共通溶媒であるメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得ことで、PZT前駆体溶液が作製できる。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、PZT前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミン等を適量、添加してもよい。   When producing PZT by the Sol-gel method, first, lead acetate, zirconium alkoxide, or titanium alkoxide compound is used as a starting material. And a PZT precursor solution is producible by dissolving in methoxyethanol which is a common solvent, and obtaining a uniform solution. Since the metal alkoxide compound is easily hydrolyzed by moisture in the atmosphere, an appropriate amount of acetylacetone, acetic acid, diethanolamine or the like as a stabilizer may be added to the PZT precursor solution.

下部電極31の全面にPZT膜を形成する場合、スピンコート等の溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で100nm以下の膜厚が得られるようにPZT前駆体の濃度の調整が必要になる。   When a PZT film is formed on the entire surface of the lower electrode 31, it is obtained by forming a coating film by a solution coating method such as spin coating, and performing heat treatments such as solvent drying, thermal decomposition, and crystallization. Since the transformation from the coating film to the crystallized film involves volume shrinkage, it is necessary to adjust the concentration of the PZT precursor so that a film thickness of 100 nm or less can be obtained in one step in order to obtain a crack-free film. .

電気機械変換膜32の膜厚としては1〜3μmが好ましく、1.5〜2.5μmが更に好ましい。   The thickness of the electromechanical conversion film 32 is preferably 1 to 3 μm, and more preferably 1.5 to 2.5 μm.

電気機械変換膜32として、PZT以外のABO3型ペロブスカイト型結晶質膜を用いてもよい。PZT以外のABO3型ペロブスカイト型結晶質膜としては、例えば、チタン酸バリウム等の非鉛複合酸化物膜を用いても構わない。この場合は、バリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することが可能である。   As the electromechanical conversion film 32, an ABO 3 type perovskite type crystalline film other than PZT may be used. As the ABO3 type perovskite type crystalline film other than PZT, for example, a lead-free composite oxide film such as barium titanate may be used. In this case, it is possible to prepare a barium titanate precursor solution by using barium alkoxide and a titanium alkoxide compound as starting materials and dissolving them in a common solvent.

これら材料は一般式ABO3で記述され、A=Pb、Ba、Sr B=Ti、Zr、Sn、Ni、Zn、Mg、Nbを主成分とする複合酸化物が該当する。その具体的な記述として(Pb1−x、Ba)(Zr、Ti)O、(Pb1−x、Sr)(Zr、Ti)O、と表され、これはAサイトのPbを一部BaやSrで置換した場合である。このような置換は2価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。 These materials are described by the general formula ABO3, and correspond to composite oxides containing A = Pb, Ba, Sr B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, and Nb as main components. The specific description is expressed as (Pb 1-x , Ba) (Zr, Ti) O 3 , (Pb 1-x , Sr) (Zr, Ti) O 3 , which is the same as Pb of the A site. This is a case where the part Ba or Sr is substituted. Such substitution is possible with a divalent element, and the effect thereof has an effect of reducing characteristic deterioration due to evaporation of lead during heat treatment.

絶縁保護膜40の材料としては、成膜およびエッチングの工程による圧電素子へのダメージを防ぐとともに、大気中の水分が透過しづらい材料を選定する必要があるため、緻密な無機材料とすることが好ましい。   As the material for the insulating protective film 40, it is necessary to select a material that prevents damage to the piezoelectric element due to the film forming and etching processes and is difficult to transmit moisture in the atmosphere. preferable.

薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物、窒化物、炭化膜を用いることが好ましいが、絶縁保護膜40の下地となる電極材料、圧電体材料、振動板材料と密着性が高い材料を選定する必要がある。また、成膜法も圧電素子を損傷しない成膜方法を選定する必要がある。すなわち、反応性ガスをプラズマ化して基板上に堆積するプラズマCVD法やプラズマをターゲット材に衝突させて飛ばすことで成膜するスパッタリング法は好ましくない。好ましい成膜方法としては、蒸着法、ALD法(Atomic Layer Deposition)などが例示できるが、使用できる材料の選択肢が広いALD法が好ましい。絶縁保護膜40の好ましい材料としては、Al,ZrO,Y,Ta,TiOなどのセラミクス材料に用いられる酸化膜が例として挙げられる。特にALD法を用いることで、膜密度の非常に高い薄膜を作製し、プロセス中でのダメージを抑制できる。 In order to obtain high protection performance with a thin film, it is preferable to use an oxide, a nitride, or a carbonized film. However, a material having high adhesion to an electrode material, a piezoelectric material, and a diaphragm material as a base of the insulating protective film 40 is used. It is necessary to select. In addition, it is necessary to select a film forming method that does not damage the piezoelectric element. That is, a plasma CVD method in which a reactive gas is turned into plasma and deposited on a substrate, or a sputtering method in which a film is formed by causing a plasma to collide with a target material and flying away is not preferable. Examples of preferable film forming methods include vapor deposition and ALD (Atomic Layer Deposition), but ALD is preferable because of the wide choice of materials that can be used. As a preferable material of the insulating protective film 40, an oxide film used for a ceramic material such as Al 2 O 3 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , Ta 2 O 3 , TiO 2 is exemplified. In particular, by using the ALD method, a thin film having a very high film density can be produced and damage in the process can be suppressed.

絶縁保護膜40の膜厚は、電気機械変換素子30の保護性能を確保できる充分な薄膜とする必要があると同時に、振動板20の変位を阻害しないように可能な限り薄くする必要がある。好ましい絶縁保護膜40の膜厚は20nm〜100nmの範囲である。   The insulating protective film 40 needs to be thin enough to secure the protection performance of the electromechanical transducer 30 and at the same time, as thin as possible so as not to inhibit the displacement of the diaphragm 20. A preferable film thickness of the insulating protective film 40 is in the range of 20 nm to 100 nm.

また絶縁保護膜40を2層にする構成も考えられる。この場合は、2層目の絶縁保護膜を厚くするため、振動板20の振動変位を著しく阻害しないように上部電極33において2層目の絶縁保護膜を開口するような構成も挙げられる。このとき2層目の絶縁保護膜としては、任意の酸化物、窒化物、炭化物またはこれらの複合化合物を用いることができるが、半導体デバイスで一般的に用いられるSiOを用いることができる。成膜は任意の手法を用いることができ、CVD法、スパッタリング法が例示でき、電極形成部等のパターン形成部の段差被覆を考慮すると等方的に成膜できるCVD法を用いることが好ましい。2層目の絶縁保護膜の膜厚は下部電極31と配線60に印加される電圧で絶縁破壊されない膜厚とする必要がある。すなわち、絶縁保護膜に印加される電界強度を、絶縁破壊しない範囲に設定する必要がある。さらに、2層目の絶縁保護膜の下地の表面性やピンホール等を考慮すると膜厚は200nm以上必要であり、さらに好ましくは500nm以上である。 A configuration in which the insulating protective film 40 has two layers is also conceivable. In this case, in order to increase the thickness of the second insulating protective film, a configuration in which the second insulating protective film is opened in the upper electrode 33 so as not to significantly disturb the vibration displacement of the diaphragm 20 may be used. At this time, as the second insulating protective film, any oxide, nitride, carbide, or a composite compound thereof can be used, but SiO 2 generally used in semiconductor devices can be used. Arbitrary methods can be used for the film formation, and a CVD method and a sputtering method can be exemplified, and it is preferable to use a CVD method capable of forming an isotropic film in consideration of the step coverage of the pattern forming portion such as the electrode forming portion. The film thickness of the second insulating protective film needs to be a film thickness that does not cause dielectric breakdown by the voltage applied to the lower electrode 31 and the wiring 60. That is, it is necessary to set the electric field strength applied to the insulating protective film within a range not causing dielectric breakdown. Further, considering the surface property of the base of the second insulating protective film, pinholes, etc., the film thickness is required to be 200 nm or more, and more preferably 500 nm or more.

絶縁保護膜70の機能は配線60の保護層の機能を有するパシベーション層である。図4に示す通り、電極パッド61,62の箇所(開口部70x)を除き、上部電極33と下部電極31上を被覆する。これにより電極材料に安価なAlもしくはAlを主成分とする合金材料を用いることができる。その結果、低コストかつ信頼性の高い液体吐出ヘッド2とすることができる。   The function of the insulating protective film 70 is a passivation layer that functions as a protective layer of the wiring 60. As shown in FIG. 4, the upper electrode 33 and the lower electrode 31 are covered except for the positions of the electrode pads 61 and 62 (opening 70 x). This makes it possible to use inexpensive Al or an alloy material mainly composed of Al as the electrode material. As a result, the liquid discharge head 2 with low cost and high reliability can be obtained.

絶縁保護膜70の材料としては、任意の無機材料、有機材料を使用することができるが、透湿性の低い材料とする必要がある。無機材料としては、酸化物、窒化物、炭化物等が例示でき、有機材料としてはポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が例示できる。ただし、有機材料の場合には厚膜とすることが必要となるため適さない。そのため、薄膜で配線保護機能を発揮できる無機材料とすることが好ましい。特に、Al配線上にSiを用いることが、半導体デバイスで実績のある技術であるため好ましい。 As the material of the insulating protective film 70, any inorganic material or organic material can be used, but it is necessary to use a material with low moisture permeability. Examples of the inorganic material include oxides, nitrides, and carbides, and examples of the organic material include polyimide, acrylic resin, and urethane resin. However, an organic material is not suitable because it requires a thick film. Therefore, it is preferable to use an inorganic material that can exhibit a wiring protection function with a thin film. In particular, it is preferable to use Si 3 N 4 on the Al wiring because it is a proven technology for semiconductor devices.

また、膜厚は200nm以上とすることが好ましく、さらに好ましくは500nm以上である。   The film thickness is preferably 200 nm or more, and more preferably 500 nm or more.

また、電気機械変換素子30上とその周囲の振動板20上に開口部をもつ構造が好ましい。これは、絶縁保護膜40の個別液室領域を薄くしていることと同様の理由である。これにより、高効率かつ高信頼性の液体吐出ヘッド2とすることが可能になる。   Further, a structure having openings on the electromechanical transducer 30 and the diaphragm 20 around it is preferable. This is the same reason that the individual liquid chamber region of the insulating protective film 40 is thinned. As a result, the liquid ejection head 2 with high efficiency and high reliability can be obtained.

絶縁保護膜40,70で電気機械変換素子30が保護されているため、開口部分の形成には、フォトリソグラフィ法とドライエッチングを用いることができる。また、電極パッド61,62の面積については、50×50μm以上になっていることが好ましく、さらに100×300μm以上になっていることが好ましい。 Since the electromechanical conversion element 30 is protected by the insulating protective films 40 and 70, photolithography and dry etching can be used to form the opening. The area of the electrode pads 61 and 62 is preferably 50 × 50 μm 2 or more, and more preferably 100 × 300 μm 2 or more.

配線60の材料としては、Ag合金,Cu,Al,Au,Pt,Irのいずれかから成る金属電極材料であることが好ましい。作製方法としては、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。膜厚としては、0.1〜20μmが好ましく、0.2〜10μmがさらに好ましい。   The material of the wiring 60 is preferably a metal electrode material made of any one of an Ag alloy, Cu, Al, Au, Pt, and Ir. As a manufacturing method, a sputtering method or a spin coating method is used, and then a desired pattern is obtained by photolithography etching or the like. The film thickness is preferably from 0.1 to 20 μm, more preferably from 0.2 to 10 μm.

また、コンタクトホール部(例えば、10μm×10μm)での接触抵抗として、下部電極31としては10Ω以下、上部電極33としては1Ω以下が好ましく、さらに好ましくは、下部電極31としては5Ω以下、上部電極33としては0.5Ω以下である。   Further, the contact resistance in the contact hole portion (for example, 10 μm × 10 μm) is preferably 10Ω or less for the lower electrode 31, 1Ω or less for the upper electrode 33, and more preferably 5Ω or less for the lower electrode 31. 33 is 0.5Ω or less.

<分極処理装置>
次に、分極処理装置について説明する。図7は、分極処理装置の概略構成を例示する図である。分極処理装置500は、コロナ電極510とグリッド電極520とを備えており、コロナ電極510、グリッド電極520は夫々コロナ電極用電源511、グリッド電極用電源521に接続されている。サンプルをセットするステージ530には温調機能が付加されており、最大350℃程度までの温度をかけながら分極処理を行うことができる。ステージ530にはアース540が設置されており、これが付加していない場合には分極処理ができない。
<Polarization device>
Next, the polarization processing apparatus will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of the polarization processing apparatus. The polarization processing apparatus 500 includes a corona electrode 510 and a grid electrode 520. The corona electrode 510 and the grid electrode 520 are connected to a corona electrode power source 511 and a grid electrode power source 521, respectively. A temperature adjustment function is added to the stage 530 for setting the sample, and polarization processing can be performed while applying a temperature up to about 350 ° C. The stage 530 is provided with a ground 540. If this is not added, the polarization process cannot be performed.

グリッド電極520には、例えばメッシュ加工が施されており、コロナ電極510に高い電圧を印加したときに、コロナ放電により発生するイオンや電荷等が効率よく下のステージ530に降り注き、電気機械変換膜32に注入されるように工夫されている。コロナ電極510やグリッド電極520に印加される電圧の大きさや、サンプルと各電極間の距離を調整することにより、コロナ放電の強弱をつけることが可能である。   For example, mesh processing is applied to the grid electrode 520, and when a high voltage is applied to the corona electrode 510, ions, charges, and the like generated by corona discharge efficiently drop onto the lower stage 530, and the electric machine It is devised to be injected into the conversion film 32. By adjusting the magnitude of the voltage applied to the corona electrode 510 and the grid electrode 520 and the distance between the sample and each electrode, it is possible to increase or decrease the corona discharge.

図8に示すように、コロナワイヤ600を用いてコロナ放電させる場合、大気中の分子610をイオン化させ、陽イオン620を発生させる。そして、発生した陽イオン620が、電気機械変換素子30のパッド部を介して流れ込むことで、電荷を電気機械変換素子30に注入することができる。   As shown in FIG. 8, when corona discharge is performed using a corona wire 600, molecules 610 in the atmosphere are ionized to generate cations 620. Then, the generated positive ions 620 flow through the pad portion of the electromechanical conversion element 30, so that charges can be injected into the electromechanical conversion element 30.

この場合、上部電極と下部電極の電荷差によって内部電位差が生じて分極処理が行われていると考えられる。この際、分極処理に必要な電荷量Qについては特に限定されるものではないが、電気機械変換素子30に1.0×10−8C以上の電荷量が蓄積されることが好ましく、4.0×10−8C以上の電荷量が蓄積されることが更に好ましい。 In this case, it is considered that an internal potential difference is generated by the charge difference between the upper electrode and the lower electrode, and the polarization process is performed. At this time, the charge amount Q required for the polarization treatment is not particularly limited, but it is preferable that a charge amount of 1.0 × 10 −8 C or more is accumulated in the electromechanical transducer 30. More preferably, a charge amount of 0 × 10 −8 C or more is accumulated.

ここで、分極処理の状態については、電気機械変換素子30のP−Eヒステリシスループから判断することができる。分極処理の判断の方法について図9を用いて説明する。図9(a)は分極処理前のP−Eヒステリシスループを例示し、図9(b)は分極処理後のP−Eヒステリシスループを例示している。   Here, the state of the polarization process can be determined from the PE hysteresis loop of the electromechanical transducer 30. A method of determining the polarization process will be described with reference to FIG. FIG. 9A illustrates a PE hysteresis loop before polarization processing, and FIG. 9B illustrates a PE hysteresis loop after polarization processing.

具体的には、まず、図9に示すように、±150kv/cmの電界強度かけてヒステリシスループを測定する。そして、最初の0kv/cm時の分極をPind、+150kv/cmの電圧印加後0kv/cmまで戻したときの0kv/cm時の分極をPrとしたときに、Pr−Pindの値を分極率として定義し、この分極率から分極状態の良し悪しを判断することができる。   Specifically, first, as shown in FIG. 9, a hysteresis loop is measured with an electric field strength of ± 150 kv / cm. Then, when the first polarization at 0 kv / cm is Pin, and the polarization at 0 kv / cm when the voltage is returned to 0 kv / cm after applying a voltage of +150 kv / cm is Pr, the value of Pr−Pind is the polarizability. It is possible to define and determine whether the polarization state is good or bad from this polarizability.

分極率Pr−Pindは、10μC/cm以下であることが好ましく、5μC/cm以下であることが更に好ましい。なお、図7においてコロナ電極510及びグリッド電極520の電圧や、ステージ530とコロナ電極510及びグリッド電極520との間の距離等を調整することにより、所望の分極率Pr−Pindを得ることができる。但し、所望の分極率Pr−Pindを得ようとした場合には、電気機械変換膜32に対して高い電界を発生させることが好ましい。 Polarizability Pr-Pind is preferably at 10 [mu] C / cm 2 or less, still more preferably 5 [mu] C / cm 2 or less. In FIG. 7, the desired polarizability Pr-Pind can be obtained by adjusting the voltage of the corona electrode 510 and the grid electrode 520, the distance between the stage 530 and the corona electrode 510 and the grid electrode 520, and the like. . However, it is preferable to generate a high electric field for the electromechanical conversion film 32 in order to obtain a desired polarizability Pr-Pind.

<ガードリング配線>
上述したように、液体吐出ヘッド2において、液体の充填時の気泡を排出して液体の充填性を良好にするために、液体の吐出を行う電気機械変換素子を有する駆動チャネル3の配列方向の端部側に、液滴の吐出を行わないダミー電気機械変換素子を有するダミーチャネル4を配設することが知られている。
<Guard ring wiring>
As described above, in the liquid ejection head 2, in order to discharge the bubbles at the time of filling the liquid and improve the liquid filling property, the drive channel 3 having the electromechanical conversion element that discharges the liquid is arranged in the arrangement direction. It is known that a dummy channel 4 having a dummy electromechanical conversion element that does not discharge droplets is disposed on the end side.

ダミーチャネル4は、ここまで説明した駆動チャネル3の層構成と同様の構成を有している。すなわち、圧力室10xと同様にダミー加圧室が形成され、ダミー加圧室上には、振動板20、および電気機械変換素子30と同様の構成を有するダミー電気機械変換素子34、絶縁保護膜40,70が形成される。   The dummy channel 4 has a configuration similar to the layer configuration of the drive channel 3 described so far. That is, a dummy pressurizing chamber is formed in the same manner as the pressure chamber 10x, and the dummy electromechanical transducer 34 having the same configuration as the diaphragm 20 and the electromechanical transducer 30 and the insulating protective film are formed on the dummy pressurizing chamber. 40 and 70 are formed.

図10は、駆動チャネル3の端部側にダミーチャネル4を有する液体吐出ヘッド2の端部側の上面図であり、駆動チャネル3の配列方向(すなわち、圧力室10xの配列方向)の端部側に3つのダミーチャネル4を設けた例を示している。図4を参照して既に述べたように、駆動チャネル3の電気機械変換素子30の上部電極33は、絶縁保護膜40(図10では図示省略)の開口部40xを介して配線60が接続され、配線60は、絶縁保護膜70の開口部70x内において、電極パッド62が形成されている。なお、図10の例では、絶縁保護膜70の開口部70xは、複数の電極パッド62を含むように配列方向に亘り形成されているが、各電極パッド62の位置のみで開口していてもよい。   FIG. 10 is a top view on the end side of the liquid discharge head 2 having the dummy channel 4 on the end side of the drive channel 3, and the end of the drive channel 3 in the arrangement direction (that is, the arrangement direction of the pressure chambers 10 x). An example in which three dummy channels 4 are provided on the side is shown. As already described with reference to FIG. 4, the upper electrode 33 of the electromechanical transducer 30 of the drive channel 3 is connected to the wiring 60 through the opening 40x of the insulating protective film 40 (not shown in FIG. 10). In the wiring 60, an electrode pad 62 is formed in the opening 70 x of the insulating protective film 70. In the example of FIG. 10, the opening 70 x of the insulating protective film 70 is formed in the arrangement direction so as to include the plurality of electrode pads 62, but may be opened only at the position of each electrode pad 62. Good.

一方、ダミーチャネル4では液体の吐出駆動は行わないため、図10に示す例のように、ダミーチャネル4のダミー電気機械変換素子34については、ダミー電気機械変換素子34から配線を引き出して、電極パッドを設ける構成とはなっていない。   On the other hand, since the liquid discharge drive is not performed in the dummy channel 4, the dummy electromechanical conversion element 34 of the dummy channel 4 is pulled out of the dummy electromechanical conversion element 34 and the electrodes are connected as in the example shown in FIG. It is not the structure which provides a pad.

図10に示す例のように、ダミーチャネル4において、ダミー電気機械変換素子34から配線を引き出して端子電極(電極パッド)を設けない構成では、分極処理(コロナ放電処理)の際、ダミーチャネル4においては電荷注入されることがなく、駆動チャネル3に比べて、ダミーチャネル4での振動板20の撓み量(図5)は非常に小さいことがわかった。すなわち、コロナ放電処理により分極が進むことにより、電気機械変換膜32の収縮量が大きくなるため、撓み量が大きくなるが、このとき、ダミーチャネル4に近い端部の駆動チャネル3の撓み量は、ダミーチャネル4の撓みの影響を受けて、若干小さくなる。   As in the example shown in FIG. 10, in the configuration in which the dummy channel 4 does not have a terminal electrode (electrode pad) provided by drawing wiring from the dummy electromechanical transducer 34, the dummy channel 4 is subjected to polarization processing (corona discharge processing). In FIG. 5, no charge was injected, and it was found that the amount of deflection of the diaphragm 20 in the dummy channel 4 (FIG. 5) was very small compared to the drive channel 3. That is, since the amount of contraction of the electromechanical conversion film 32 increases as the polarization progresses due to the corona discharge treatment, the amount of bending increases. At this time, the amount of bending of the drive channel 3 at the end close to the dummy channel 4 is Under the influence of the deflection of the dummy channel 4, it becomes slightly smaller.

これに対し、本実施形態では、先ず、図11に示すように、ダミーチャネル4においてもダミー電気機械変換素子34から配線60を引き出して電極パッド(ダミー電極パッド63)を設けるようにしている。   In contrast, in the present embodiment, first, as shown in FIG. 11, in the dummy channel 4, the wiring 60 is drawn from the dummy electromechanical conversion element 34 to provide the electrode pad (dummy electrode pad 63).

すなわち、ダミーチャネル4のダミー電気機械変換素子34の上部電極33は、絶縁保護膜40(図11では図示省略)の開口部40xを介して配線60が接続され、配線60は、絶縁保護膜70の開口部70x内においてダミー電極パッド63が形成される。   That is, the upper electrode 33 of the dummy electromechanical transducer 34 of the dummy channel 4 is connected to the wiring 60 through the opening 40x of the insulating protective film 40 (not shown in FIG. 11). The wiring 60 is connected to the insulating protective film 70. A dummy electrode pad 63 is formed in the opening 70x.

なお、図11の例では、絶縁保護膜70の開口部70xは、複数の電極パッド62、およびダミー電極パッド63を含むように配列方向に亘り形成されているが、図12に示すように、各電極パッド62、およびダミー電極パッド63の位置のみで開口していてもよい。以下の構成例においても同様である。   In the example of FIG. 11, the opening 70x of the insulating protective film 70 is formed in the arrangement direction so as to include the plurality of electrode pads 62 and the dummy electrode pads 63, but as shown in FIG. You may open only in the position of each electrode pad 62 and the dummy electrode pad 63. FIG. The same applies to the following configuration examples.

このようにダミーチャネル4のダミー電気機械変換素子34からも配線60を引き出してダミー電極パッド63を設けた状態で分極処理を行うことにより、ダミー電極パッド63に電荷注入を集中させて、端部側の駆動チャネル3の電極パッド62への電荷集中を抑えて、撓み量および分極率のバラつきを抑えることができる。   In this way, by performing the polarization process in the state where the wiring 60 is drawn out from the dummy electromechanical conversion element 34 of the dummy channel 4 and the dummy electrode pad 63 is provided, the charge injection is concentrated on the dummy electrode pad 63 and the end portion Charge concentration on the electrode pad 62 of the drive channel 3 on the side can be suppressed, and variations in the deflection amount and the polarizability can be suppressed.

しかしながら、本願発明者らの更なる検討により、図11、図12に示すように、ダミーチャネル4およびダミー電極パッド63を設けた構成において、分極処理によりダミー電気機械変換素子34の分極が進み、ダミー電極パッド63に余剰分の電荷の集中が生じてしまうと、ダミーチャネル4の位置での振動板20の撓みが、端部側の駆動チャネル3の電気機械変換素子30の位置での振動板20の撓み具合に影響を与えてしまうことがわかった。   However, as a result of further studies by the inventors of the present application, as shown in FIGS. 11 and 12, in the configuration in which the dummy channel 4 and the dummy electrode pad 63 are provided, the polarization of the dummy electromechanical transducer 34 is advanced by the polarization process, If excessive charge concentration occurs in the dummy electrode pad 63, the bending of the vibration plate 20 at the position of the dummy channel 4 causes the vibration plate at the position of the electromechanical transducer 30 of the drive channel 3 on the end side. It turned out that it affects the degree of bending of 20.

そこで、本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズル(ノズル51)と、ノズルに連通する液体吐出用の圧力室(圧力室10x)が所定方向に複数並んで形成されるとともに、所定方向において圧力室の端部側に配置される少なくとも1つのダミー圧力室が形成される圧力室形成基板(基板10)と、圧力室形成基板の一方面に設けられ、その一部が圧力室およびダミー圧力室の壁面を構成する振動板層(振動板層20)と、各圧力室に対応して振動板層上に設けられる電気機械変換素子(電気機械変換素子30)と、各ダミー圧力室に対応して振動板層上に設けられるダミー電気機械変換素子(ダミー電気機械変換素子34)と、電気機械変換素子に電気的に接続された電極パッド(電極パッド61,62)と、ダミー電気機械変換素子に電気的に接続されたダミー電極パッド(ダミー電極パッド63)と、ダミー電極パッドのうち少なくとも最端部に位置するダミー電極パッドに対して、その少なくとも一部に対向するように形成された配線(ガードリング配線、ガード配線)64と、を備えるものである。   Therefore, in the liquid discharge head according to the present embodiment, a plurality of nozzles (nozzles 51) for discharging liquid and a plurality of pressure chambers (pressure chambers 10x) for liquid discharge communicating with the nozzles are formed side by side in a predetermined direction. A pressure chamber forming substrate (substrate 10) on which at least one dummy pressure chamber is disposed on the end side of the pressure chamber in a predetermined direction is formed, and a part of the pressure chamber forming substrate is provided on one surface of the pressure chamber forming substrate. A diaphragm layer (diaphragm layer 20) constituting wall surfaces of the pressure chamber and the dummy pressure chamber, an electromechanical transducer (electromechanical transducer 30) provided on the diaphragm layer corresponding to each pressure chamber, A dummy electromechanical transducer (dummy electromechanical transducer 34) provided on the diaphragm layer corresponding to the dummy pressure chamber, and electrode pads (electrode pads 61, 62) electrically connected to the electromechanical transducer , Dami A dummy electrode pad (dummy electrode pad 63) electrically connected to the electromechanical conversion element and at least a part of the dummy electrode pad located at the outermost end of the dummy electrode pad are opposed to at least a part thereof. And formed wiring (guard ring wiring, guard wiring) 64.

図13は、第1の実施形態に係る液体吐出ヘッド2の上面図である。図13に示す液体吐出ヘッド2は、図11に示した例に加え、さらに、最端部に位置するダミーチャネル4のダミー電極パッド63に対し、所定間隔を有するとともに、少なくともその一部に対向するように、ガードリング配線64を設けたものである。ガードリング配線64を設けることで、ダミー電極パッド63に集中する余剰分の電荷を、ガードリング配線64に逃がして、ダミー電極パッド63への電荷集中を回避することが可能となる。   FIG. 13 is a top view of the liquid ejection head 2 according to the first embodiment. In addition to the example shown in FIG. 11, the liquid discharge head 2 shown in FIG. 13 further has a predetermined interval with respect to the dummy electrode pad 63 of the dummy channel 4 located at the outermost end and faces at least a part thereof. Thus, a guard ring wiring 64 is provided. By providing the guard ring wiring 64, surplus charges concentrated on the dummy electrode pad 63 can be released to the guard ring wiring 64, and the charge concentration on the dummy electrode pad 63 can be avoided.

図14(a)は、ガードリング配線64の形成位置における圧力室10xの配列方向に直交する方向(図13の点線部)での液体吐出ヘッド2の断面図である。また、図14(b)は、ガードリング配線64の形成位置における圧力室10xの配列方向(図13の一点鎖線部)での液体吐出ヘッド2の断面図である。   14A is a cross-sectional view of the liquid ejection head 2 in a direction (dotted line portion in FIG. 13) orthogonal to the arrangement direction of the pressure chambers 10x at the position where the guard ring wiring 64 is formed. FIG. 14B is a cross-sectional view of the liquid ejection head 2 in the arrangement direction of the pressure chambers 10x at the position where the guard ring wiring 64 is formed (the chain line portion in FIG. 13).

図14に示すように、ガードリング配線64は、絶縁保護膜40上に形成され、ダミー電極パッド63に対向する端部の他端側では、コンタクトホールHを介して下部電極31と導通している。なお、ガードリング配線64のダミー電極パッド63に対向する端部の他端側は、図14に示したように、下部電極31と導通していることが好ましい。このように、比較的、低抵抗な振動板層20上に積層される下部電極31にガードリング配線64を導通させることで、ガードリング配線64に注入された電荷を下部電極31を介して振動板層20に移動させることができる。なお、ガードリング配線64の他端側を、ガードリング配線64に注入された電荷を移動させることができる他の層に接続できる場合は、これと接続されるものであってもよい。   As shown in FIG. 14, the guard ring wiring 64 is formed on the insulating protective film 40 and is electrically connected to the lower electrode 31 through the contact hole H on the other end side of the end facing the dummy electrode pad 63. Yes. The other end side of the end portion of the guard ring wiring 64 facing the dummy electrode pad 63 is preferably electrically connected to the lower electrode 31 as shown in FIG. In this way, by making the guard ring wiring 64 conductive to the lower electrode 31 laminated on the relatively low resistance diaphragm layer 20, the charge injected into the guard ring wiring 64 is vibrated via the lower electrode 31. It can be moved to the plate layer 20. In addition, when the other end side of the guard ring wiring 64 can be connected to another layer which can move the electric charge injected into the guard ring wiring 64, it may be connected thereto.

また、ガードリング配線64は、例えば、Alからなる金属電極材料である。ガードリング配線64としては、配線60と同様に、Ag合金,Cu,Al,Au,Pt,Irのいずれかから成る金属電極材料であることが好ましい。作製方法としては、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。膜厚としては、0.1〜20μmが好ましく、0.2〜10μmがさらに好ましい。   The guard ring wiring 64 is a metal electrode material made of Al, for example. The guard ring wiring 64 is preferably a metal electrode material made of any one of an Ag alloy, Cu, Al, Au, Pt, and Ir, similarly to the wiring 60. As a manufacturing method, a sputtering method or a spin coating method is used, and then a desired pattern is obtained by photolithography etching or the like. The film thickness is preferably from 0.1 to 20 μm, more preferably from 0.2 to 10 μm.

図13の例では、最端部に位置するダミーチャネル4のダミー電極パッド63に対し、ガードリング配線64を設ける例を示している。ここで図13に示すように、最端部に位置するダミーチャネル4のダミー電極パッド63のみに対し、ガードリング配線64を設けることが好ましいが、例えば、図15に示すように、ガードリング配線64は、最端部に位置するダミーチャネル4から所定数のダミー電極パッド63に対して連続して設けられるものであってもよい。また、ガードリング配線64を複数チャネルの電極パッドに対して設ける際に、駆動チャネル3側の電極パッド62まで含めてガードリング配線64が形成されていてもよい。また、図13に示す最端部(左端部)に位置するダミーチャネル4のダミー電極パッド63から、不図示の右端部に位置するダミーチャネル4のダミー電極パッド63まで含めてガードリング配線64が形成されていてもよい。   In the example of FIG. 13, an example in which the guard ring wiring 64 is provided for the dummy electrode pad 63 of the dummy channel 4 located at the extreme end is shown. Here, as shown in FIG. 13, it is preferable to provide the guard ring wiring 64 only for the dummy electrode pad 63 of the dummy channel 4 located at the extreme end. For example, as shown in FIG. 64 may be provided continuously from the dummy channel 4 located at the end to the predetermined number of dummy electrode pads 63. Further, when the guard ring wiring 64 is provided for the electrode pads of a plurality of channels, the guard ring wiring 64 may be formed including the electrode pad 62 on the drive channel 3 side. Further, the guard ring wiring 64 includes the dummy electrode pad 63 of the dummy channel 4 located at the extreme end (left end) shown in FIG. 13 to the dummy electrode pad 63 of the dummy channel 4 located at the right end (not shown). It may be formed.

ガードリング配線64のダミー電極パッド63に対向する位置での形状は、例えば、図13に示すように、ダミー電極パッド63の二辺に対向するようにL字型に形成することが好ましい。なお、ガードリング配線64は、ダミー電極パッド63の少なくとも一部に対向する位置に設けられていればよく、その範囲および形状は特に限られるものではないが、ダミー電極パッド63の周長の50%以上の位置で対向するように設けておくことで、好適にダミー電極パッド63への電荷集中を回避することができる。   The shape of the guard ring wiring 64 at the position facing the dummy electrode pad 63 is preferably formed in an L shape so as to face the two sides of the dummy electrode pad 63, as shown in FIG. The guard ring wiring 64 only needs to be provided at a position facing at least a part of the dummy electrode pad 63, and the range and shape thereof are not particularly limited, but the circumferential length of the dummy electrode pad 63 is 50. By providing them so as to oppose each other at a position equal to or greater than%, charge concentration on the dummy electrode pad 63 can be suitably avoided.

ガードリング配線64の幅は、20μm以上100μm以下であることが好ましい。また、ガードリング配線64と、ダミー電極パッド63との距離は、3μm以上50μm以下であることが好ましい。   The width of the guard ring wiring 64 is preferably 20 μm or more and 100 μm or less. The distance between the guard ring wiring 64 and the dummy electrode pad 63 is preferably 3 μm or more and 50 μm or less.

以上説明したように、本実施形態に係る液体吐出ヘッド2では、駆動チャネル3の配列方向において、少なくとも最端部のダミーチャネル4のダミー電気機械変換素子34に接続された配線60のダミー電極パッド63の少なくとも一部に対向する位置に、ガードリング配線64を設け、これを下部電極31と導通させている。これにより、分極処理によりダミーチャネル4の端部に発生する余剰分の電荷をガードリング配線64を介して逃すことができる。これにより、分極率ばらつきとたわみ量ばらつきを抑制することができる。   As described above, in the liquid ejection head 2 according to the present embodiment, the dummy electrode pad of the wiring 60 connected to the dummy electromechanical transducer 34 of at least the dummy channel 4 in the endmost part in the arrangement direction of the drive channels 3. A guard ring wiring 64 is provided at a position facing at least a part of 63 and is electrically connected to the lower electrode 31. Thereby, surplus charges generated at the end of the dummy channel 4 due to the polarization process can be released via the guard ring wiring 64. Thereby, the polarizability variation and the deflection amount variation can be suppressed.

したがって、ダミー電気機械変換素子34の部分での振動板20の撓みが、端部側の駆動チャネル3の電気機械変換素子30の位置での振動板20の撓み具合に影響を与えてしまうことを回避することができ、液体を吐出する駆動チャネル3の電気機械変換素子30間での振動板20の撓み具合のバラつき発生を抑制し、良好な吐出性能を得ることができる。   Therefore, the bending of the diaphragm 20 at the dummy electromechanical transducer element 34 affects the bending state of the diaphragm 20 at the position of the electromechanical transducer 30 of the drive channel 3 on the end side. This can be avoided, and the occurrence of variation in the degree of bending of the diaphragm 20 between the electromechanical transducers 30 of the drive channel 3 that discharges the liquid can be suppressed, and good discharge performance can be obtained.

[第2の実施形態]
以下、本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, other embodiments of the liquid discharge head according to the present invention will be described. In addition, the description about the same point as the said embodiment is abbreviate | omitted suitably.

図16は、第2の実施形態に係る液体吐出ヘッド2の上面図である。図16に示す液体吐出ヘッド2は、図13に示した構成に加えて、分極処理の後に、ダミー電極パッド63と下部電極31とを導通させる短絡用配線65を作製したものである。これにより、ダミーチャネル4において、上部電極33および下部電極31間をショートさせておくことで電気的に安定した状態とすることができる。   FIG. 16 is a top view of the liquid ejection head 2 according to the second embodiment. In addition to the configuration shown in FIG. 13, the liquid discharge head 2 shown in FIG. 16 is a device in which a short-circuit wiring 65 for conducting the dummy electrode pad 63 and the lower electrode 31 is produced after the polarization process. Thereby, in the dummy channel 4, it can be set as the electrically stable state by short-circuiting between the upper electrode 33 and the lower electrode 31. FIG.

[第3の実施形態]
図17は、第3の実施形態に係る液体吐出ヘッド2の上面図である。図17に示す液体吐出ヘッド2は、図16に示したように、ダミー電極パッド63と下部電極31とを導通させる短絡用配線65を作製した後、少なくとも短絡用配線65の形成部分を覆うように、絶縁保護膜80を作製することで、短絡用配線65の絶縁不良等の不具合の発生を抑えることができる。なお、絶縁保護膜80は、ガードリング配線64と短絡用配線65の保護層の機能を有するパシベーション層であり、材料、膜厚等は、絶縁保護膜70と同様に構成できる。
[Third Embodiment]
FIG. 17 is a top view of the liquid ejection head 2 according to the third embodiment. As shown in FIG. 16, the liquid discharge head 2 shown in FIG. 17 covers at least a portion where the short-circuit wiring 65 is formed after the short-circuit wiring 65 that connects the dummy electrode pad 63 and the lower electrode 31 is formed. Furthermore, by producing the insulating protective film 80, it is possible to suppress the occurrence of problems such as an insulation failure of the short-circuit wiring 65. The insulating protective film 80 is a passivation layer that functions as a protective layer for the guard ring wiring 64 and the shorting wiring 65, and the material, film thickness, and the like can be configured in the same manner as the insulating protective film 70.

上記第1〜第3の実施形態で示した液体吐出ヘッド2を構成した後は、図18に示すように、駆動チャネル3の電極パッド62は液体の吐出を制御する吐出制御手段としての駆動IC35へワイヤボンディング36により電気的に接続される。ダミーチャネル4は液体の吐出を目的としないため、ダミー電極パッド63は、駆動IC35とは電気的に接続されない。   After the liquid discharge head 2 shown in the first to third embodiments is configured, as shown in FIG. 18, the electrode pad 62 of the drive channel 3 is a drive IC 35 as discharge control means for controlling liquid discharge. Are electrically connected by wire bonding 36. Since the dummy channel 4 is not intended to discharge liquid, the dummy electrode pad 63 is not electrically connected to the drive IC 35.

(液体を吐出する装置)
本発明に係る液体吐出ヘッドを有する液体を吐出する装置の一例について図19及び図20を参照して説明する。図19は同装置の要部平面説明図、図20は同装置の要部側面説明図である。
(Device for discharging liquid)
An example of an apparatus for ejecting liquid having the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is an explanatory plan view of the main part of the apparatus, and FIG.

この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構493によって、キャリッジ403は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構493は、ガイド部材401、主走査モータ405、タイミングベルト408等を含む。ガイド部材401は、左右の側板491A、491Bに架け渡されてキャリッジ403を移動可能に保持している。そして、主走査モータ405によって、駆動プーリ406と従動プーリ407間に架け渡したタイミングベルト408を介して、キャリッジ403は主走査方向に往復移動される。   This apparatus is a serial type apparatus, and the carriage 403 reciprocates in the main scanning direction by the main scanning moving mechanism 493. The main scanning movement mechanism 493 includes a guide member 401, a main scanning motor 405, a timing belt 408, and the like. The guide member 401 spans the left and right side plates 491A and 491B and holds the carriage 403 so as to be movable. The carriage 403 is reciprocated in the main scanning direction by the main scanning motor 405 via the timing belt 408 spanned between the driving pulley 406 and the driven pulley 407.

このキャリッジ403には、液体吐出ヘッド2及びヘッドタンク441を一体にした液体吐出ユニット440を搭載している。液体吐出ユニット440の液体吐出ヘッド2は、例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド2は、複数のノズル51からなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。   A liquid discharge unit 440 in which the liquid discharge head 2 and the head tank 441 are integrated is mounted on the carriage 403. The liquid discharge head 2 of the liquid discharge unit 440 discharges, for example, yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K) liquids. Further, the liquid ejection head 2 is mounted with a nozzle row composed of a plurality of nozzles 51 arranged in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction and the ejection direction facing downward.

液体吐出ヘッド2の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド2に供給するための供給機構494により、ヘッドタンク441には、液体カートリッジ450に貯留されている液体が供給される。   The liquid stored in the liquid cartridge 450 is supplied to the head tank 441 by the supply mechanism 494 for supplying the liquid stored outside the liquid discharge head 2 to the liquid discharge head 2.

供給機構494は、液体カートリッジ450を装着する充填部であるカートリッジホルダ451、チューブ456、送液ポンプを含む送液ユニット452等で構成される。液体カートリッジ450はカートリッジホルダ451に着脱可能に装着される。ヘッドタンク441には、チューブ456を介して送液ユニット452によって、液体カートリッジ450から液体が送液される。   The supply mechanism 494 includes a cartridge holder 451 that is a filling unit for mounting the liquid cartridge 450, a tube 456, a liquid feeding unit 452 including a liquid feeding pump, and the like. The liquid cartridge 450 is detachably attached to the cartridge holder 451. Liquid is fed from the liquid cartridge 450 to the head tank 441 by the liquid feeding unit 452 via the tube 456.

この装置は、用紙410を搬送するための搬送機構495を備えている。搬送機構495は、搬送手段である搬送ベルト412、搬送ベルト412を駆動するための副走査モータ416を含む。   This apparatus includes a transport mechanism 495 for transporting the paper 410. The transport mechanism 495 includes a transport belt 412 serving as transport means, and a sub-scanning motor 416 for driving the transport belt 412.

搬送ベルト412は用紙410を吸着して液体吐出ヘッド2に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト412は、無端状ベルトであり、搬送ローラ413と、テンションローラ414との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、或いは、エアー吸引等で行うことができる。   The conveyance belt 412 adsorbs the sheet 410 and conveys it at a position facing the liquid ejection head 2. The transport belt 412 is an endless belt and is stretched between the transport roller 413 and the tension roller 414. The adsorption can be performed by electrostatic adsorption or air suction.

そして、搬送ベルト412は、副走査モータ416によってタイミングベルト417及びタイミングプーリ418を介して搬送ローラ413が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。   The transport belt 412 rotates in the sub-scanning direction when the transport roller 413 is rotationally driven by the sub-scanning motor 416 via the timing belt 417 and the timing pulley 418.

更に、キャリッジ403の主走査方向の一方側には搬送ベルト412の側方に液体吐出ヘッド2の維持回復を行う維持回復機構420が配置されている。   Further, on one side of the carriage 403 in the main scanning direction, a maintenance / recovery mechanism 420 that performs maintenance / recovery of the liquid ejection head 2 is disposed on the side of the transport belt 412.

維持回復機構420は、例えば液体吐出ヘッド2のノズル面(ノズル51が形成された面)をキャッピングするキャップ部材421、ノズル面を払拭するワイパ部材422等で構成されている。   The maintenance / recovery mechanism 420 includes, for example, a cap member 421 for capping the nozzle surface (surface on which the nozzles 51 are formed) of the liquid ejection head 2, a wiper member 422 for wiping the nozzle surface, and the like.

主走査移動機構493、供給機構494、維持回復機構420、搬送機構495は、側板491A,491B、背板491Cを含む筐体に取り付けられている。   The main scanning movement mechanism 493, the supply mechanism 494, the maintenance / recovery mechanism 420, and the transport mechanism 495 are attached to a housing including the side plates 491A and 491B and the back plate 491C.

このように構成したこの装置においては、用紙410が搬送ベルト412上に給紙されて吸着され、搬送ベルト412の周回移動によって用紙410が副走査方向に搬送される。   In this apparatus configured as described above, the paper 410 is fed and sucked onto the transport belt 412, and the paper 410 is transported in the sub-scanning direction by the circular movement of the transport belt 412.

そこで、キャリッジ403を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド2を駆動することにより、停止している用紙410に液体を吐出して画像を形成する。   Therefore, the liquid ejection head 2 is driven according to the image signal while moving the carriage 403 in the main scanning direction, thereby ejecting liquid onto the stopped paper 410 to form an image.

このように、この装置では、上述の液体吐出ヘッドを備えているので、振動板駆動不良による液体の吐出不良がなく、安定した液体の吐出特性が得られて、高画質画像を安定して形成することができる。   As described above, since this apparatus includes the above-described liquid discharge head, there is no liquid discharge failure due to a diaphragm drive failure, stable liquid discharge characteristics are obtained, and high-quality images are stably formed. can do.

(液体吐出ユニット)
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する液体吐出ユニットの一例について図21を参照して説明する。図21は同ユニットの要部平面説明図である。
(Liquid discharge unit)
Next, an example of a liquid discharge unit having the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 21 is an explanatory plan view of the main part of the unit.

この液体吐出ユニットは、液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板491A、491B及び背板491Cで構成される筐体部分と、主走査移動機構493と、キャリッジ403と、液体吐出ヘッド2で構成されている。   The liquid discharge unit includes a casing portion composed of side plates 491A and 491B and a back plate 491C, a main scanning movement mechanism 493, a carriage 403, and a liquid discharge portion among members constituting a liquid discharge device. The head 2 is configured.

なお、この液体吐出ユニットの例えば側板491Bに、前述した維持回復機構420、及び供給機構494の少なくとも何れかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。   Note that a liquid discharge unit in which at least one of the above-described maintenance and recovery mechanism 420 and the supply mechanism 494 is further attached to, for example, the side plate 491B of the liquid discharge unit may be configured.

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する液体吐出ユニットの他の例について図22を参照して説明する。図22は同ユニットの正面説明図である。   Next, another example of the liquid discharge unit having the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 22 is an explanatory front view of the unit.

この液体吐出ユニットは、流路部品444が取付けられた液体吐出ヘッド2と、流路部品444に接続されたチューブ456で構成されている。   This liquid discharge unit includes a liquid discharge head 2 to which a flow path component 444 is attached and a tube 456 connected to the flow path component 444.

なお、流路部品444はカバー442の内部に配置されている。流路部品444に代えてヘッドタンク441を含むこともできる。また、流路部品444の上部には液体吐出ヘッド2と電気的接続を行うコネクタ443が設けられている。   The flow path component 444 is disposed inside the cover 442. A head tank 441 may be included instead of the flow path component 444. In addition, a connector 443 that is electrically connected to the liquid ejection head 2 is provided above the flow path component 444.

本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドまたは液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。   In the present application, the “apparatus for discharging liquid” is an apparatus that includes a liquid discharge head or a liquid discharge unit and drives the liquid discharge head to discharge liquid. The apparatus for ejecting liquid includes not only an apparatus capable of ejecting liquid to an object to which liquid can adhere, but also an apparatus for ejecting liquid toward the air or liquid.

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置等も含むことができる。   This “apparatus for discharging liquid” may include means for feeding, transporting, and discharging a liquid to which liquid can adhere, as well as a pre-processing apparatus, a post-processing apparatus, and the like.

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物(三次元造形物)を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置(三次元造形装置)がある。   For example, as a “liquid ejecting device”, an image forming device that forms an image on paper by ejecting ink, a powder is formed in layers to form a three-dimensional model (three-dimensional model) There is a three-dimensional modeling apparatus (three-dimensional modeling apparatus) that discharges a modeling liquid onto the powder layer.

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するもの等を意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布等の被記録媒体、電子基板、圧電素子等の電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セル等の媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。   Further, the “apparatus for ejecting liquid” is not limited to an apparatus in which significant images such as characters and figures are visualized by the ejected liquid. For example, what forms a pattern etc. which does not have a meaning in itself, and what forms a three-dimensional image are also included. The above-mentioned “applicable liquid” means that the liquid can be attached at least temporarily and adheres and adheres, or adheres and penetrates. Specific examples include recording media such as paper, recording paper, recording paper, film, cloth, etc., electronic parts such as electronic boards, piezoelectric elements, powder layers (powder layers), organ models, examination cells, and other media. Yes, unless specifically limited, includes everything that the liquid adheres to.

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等液体が一時的でも付着可能であればよい。   The material of the above-mentioned “material to which liquid can adhere” is not limited as long as liquid such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics can be adhered even temporarily.

また、「液体」は、インク、処理液、DNA試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、または、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液等も含まれる。   “Liquid” also includes ink, treatment liquid, DNA sample, resist, pattern material, binder, modeling liquid, or a solution and dispersion containing amino acid, protein, calcium, and the like.

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置等が含まれる。   In addition, the “device for ejecting liquid” includes a device in which the liquid ejection head and the device to which the liquid can adhere move relatively, but is not limited thereto. Specific examples include a serial type apparatus that moves the liquid discharge head, a line type apparatus that does not move the liquid discharge head, and the like.

また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質する等の目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置等がある。   In addition, as a “device for discharging liquid”, a processing liquid coating apparatus for discharging a processing liquid onto a sheet in order to apply the processing liquid to the surface of the sheet for the purpose of modifying the surface of the sheet, etc. There is an injection granulating apparatus or the like for granulating raw material fine particles by spraying a composition liquid dispersed in a solution through a nozzle.

「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたもの等が含まれる。   A “liquid ejection unit” is a unit in which functional parts and mechanisms are integrated with a liquid ejection head, and is an assembly of parts related to liquid ejection. For example, the “liquid discharge unit” includes a combination of at least one of a head tank, a carriage, a supply mechanism, a maintenance / recovery mechanism, and a main scanning movement mechanism with a liquid discharge head.

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合等で互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。   Here, the term “integration” refers to, for example, a liquid discharge head, a functional component, and a mechanism that are fixed to each other by fastening, adhesion, engagement, etc., and one that is held movably with respect to the other. Including. Further, the liquid discharge head, the functional component, and the mechanism may be configured to be detachable from each other.

例えば、液体吐出ユニットとして、図20で示した液体吐出ユニット440のように、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブ等で互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。   For example, there is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head and a head tank are integrated as in the liquid discharge unit 440 shown in FIG. In some cases, the liquid discharge head and the head tank are integrated with each other by a tube or the like. Here, a unit including a filter may be added between the head tank and the liquid discharge head of these liquid discharge units.

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。   In addition, there is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head and a carriage are integrated.

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、図21で示したように、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。   In addition, there is a liquid discharge unit in which the liquid discharge head and the scanning movement mechanism are integrated by holding the liquid discharge head movably on a guide member that constitutes a part of the scanning movement mechanism. Further, as shown in FIG. 21, there is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head, a carriage, and a main scanning movement mechanism are integrated.

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。   Also, there is a liquid discharge unit in which a cap member that is a part of the maintenance / recovery mechanism is fixed to a carriage to which the liquid discharge head is attached, and the liquid discharge head, the carriage, and the maintenance / recovery mechanism are integrated. .

また、液体吐出ユニットとして、図22で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。   In addition, as shown in FIG. 22, there is a liquid discharge unit in which a tube is connected to a liquid discharge head to which a head tank or a flow path component is attached, and the liquid discharge head and the supply mechanism are integrated. .

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。   The main scanning movement mechanism includes a guide member alone. The supply mechanism includes a single tube and a single loading unit.

また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ(積層型圧電素子を使用するものでもよい。)以外にも、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータ等を使用するものでもよい。   The “liquid discharge head” is not limited to the pressure generating means to be used. For example, in addition to the piezoelectric actuator as described in the above embodiment (a multilayer piezoelectric element may be used), a thermal actuator using an electrothermal conversion element such as a heating resistor, a diaphragm and a counter electrode are included. An electrostatic actuator or the like may be used.

また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等は何れも同義語とする。   Further, the terms “image formation”, “recording”, “printing”, “printing”, “printing”, “modeling”, etc. in the terms of the present application are all synonymous.

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。   The above-described embodiment is a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記の実施の形態では、上部電極を個別電極、下部電極を共通電極とした場合について説明したが、本発明はこれに限られない。すなわち、上部電極を共通電極、下部電極を個別電極とした構成においても同様の効果を得られる。   For example, in the above embodiment, the case where the upper electrode is an individual electrode and the lower electrode is a common electrode has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the same effect can be obtained even in a configuration in which the upper electrode is a common electrode and the lower electrode is an individual electrode.

以下、本発明の実施例を説明する。   Examples of the present invention will be described below.

[実施例1]
基板10として6インチのシリコンウェハを準備し、基板10に振動板20として熱酸化膜(膜厚1μm)を作製した。その後、振動板20上に密着層としてチタン膜(膜厚20nm)を成膜温度350℃でスパッタ装置にて成膜した後、RTA(急速熱処理)を用いて750℃にて熱酸化した。更に、密着層上に白金膜(膜厚160nm)を成膜温度400℃でスパッタ装置にて成膜し、下部電極31を作製した。
[Example 1]
A 6-inch silicon wafer was prepared as the substrate 10, and a thermal oxide film (film thickness 1 μm) was produced as the diaphragm 20 on the substrate 10. Thereafter, a titanium film (thickness 20 nm) was formed as an adhesion layer on the vibration plate 20 with a sputtering apparatus at a film formation temperature of 350 ° C., and then thermally oxidized at 750 ° C. using RTA (rapid heat treatment). Further, a platinum film (film thickness: 160 nm) was formed on the adhesion layer with a sputtering apparatus at a film formation temperature of 400 ° C., and the lower electrode 31 was produced.

次に、下部電極31上に下地層となるPbTiO層としてPb:Ti=1:1に調整された溶液と、電気機械変換膜32としてPb:Zr:Ti=115:49:51に調整された溶液とを準備し、スピンコート法により膜を成膜した。 Next, a solution adjusted to Pb: Ti = 1: 1 as a PbTiO 3 layer serving as an underlayer on the lower electrode 31 and Pb: Zr: Ti = 115: 49: 51 as an electromechanical conversion film 32 are adjusted. And a film was formed by spin coating.

具体的な前駆体塗布液の合成については、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。   For the synthesis of a specific precursor coating solution, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium and isopropoxide zirconium were used as starting materials. Crystal water of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The lead amount is excessive with respect to the stoichiometric composition. This is to prevent crystallinity deterioration due to so-called lead loss during heat treatment.

イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、先記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでPZT前駆体溶液を合成した。このPZT濃度は0.5モル/リットルにした。PTの溶液に関してもPZT同様に作製し、これらの液を用いて、最初にPT層をスピンコートにより成膜し、成膜後、120℃乾燥を実施し、その後PZTの液をスピンコートにより成膜し、120℃乾燥→400℃熱分解を行った。   Isopropoxide titanium and isopropoxide zirconium were dissolved in methoxyethanol, the alcohol exchange reaction and the esterification reaction were advanced, and the PZT precursor solution was synthesized by mixing with the methoxyethanol solution in which the lead acetate was dissolved. The PZT concentration was 0.5 mol / liter. PT solutions were also prepared in the same manner as PZT, and using these solutions, a PT layer was first formed by spin coating, dried at 120 ° C., and then the PZT solution was formed by spin coating. Filmed and dried at 120 ° C. → 400 ° C. thermal decomposition.

3層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理(温度730℃)をRTAにて行った。このときPZTの膜厚は240nmであった。この工程を計8回(24層)実施し、電気機械変換膜32として約2μmのPZT膜を得た。   After thermal decomposition treatment of the third layer, crystallization heat treatment (temperature: 730 ° C.) was performed by RTA. At this time, the film thickness of PZT was 240 nm. This process was performed a total of 8 times (24 layers) to obtain a PZT film of about 2 μm as the electromechanical conversion film 32.

次に、上部電極33を構成する酸化物電極膜として、SrRuO膜(膜厚40nm)、金属膜として白金膜(膜厚125nm)をスパッタ法で成膜した。その後、東京応化社製フォトレジスト(TSMR8800)をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、ICPエッチング装置(サムコ製)を用いて図4に示すようなパターンを作製した。これにより、振動板20上に電気機械変換素子30が作製された。 Next, an SrRuO 3 film (film thickness 40 nm) was formed as an oxide electrode film constituting the upper electrode 33, and a platinum film (film thickness 125 nm) was formed as a metal film by sputtering. Thereafter, a photoresist made by Tokyo Ohka Co., Ltd. (TSMR8800) is formed by spin coating, a resist pattern is formed by ordinary photolithography, and then a pattern as shown in FIG. 4 is formed using an ICP etching apparatus (manufactured by Samco). Produced. Thereby, the electromechanical transducer 30 was produced on the diaphragm 20.

次に、電気機械変換素子30上に、絶縁保護膜40として、ALD工法を用いてAl膜を50nm成膜した。このとき原材料としてAlについては、TMA(シグマアルドリッチ社)、Oについてはオゾンジェネレーターによって発生させたOを交互に積層させることで、成膜を進めた。 Next, an Al 2 O 3 film having a thickness of 50 nm was formed as an insulating protective film 40 on the electromechanical transducer 30 by using the ALD method. At this time, TMA (Sigma Aldrich) was used for Al as the raw material, and O 3 generated by an ozone generator was alternately stacked for O, so that film formation proceeded.

その後、図4に示すように、エッチングによりコンタクトホールHを形成した。その後、Alをスパッタ法で成膜し、エッチングによりパターニングして配線60を形成するとともに、ガードリング配線64を作製し、絶縁保護膜70としてSiをプラズマCVD法により500nm成膜した。そして、絶縁保護膜70に開口部70xを設けて配線60およびガードリング配線64の一部を露出させて、図13に示す構造を作製した。 Thereafter, as shown in FIG. 4, a contact hole H was formed by etching. Thereafter, Al was formed by sputtering, and patterned by etching to form wiring 60, and guard ring wiring 64 was produced. Si 3 N 4 was deposited as an insulating protective film 70 to a thickness of 500 nm by plasma CVD. Then, an opening 70x was provided in the insulating protective film 70 to expose part of the wiring 60 and the guard ring wiring 64, and the structure shown in FIG. 13 was fabricated.

その後、分極処理装置500を用い、コロナ帯電処理により分極処理を行った。コロナ帯電処理にはφ50μmのタングステンのワイヤーを用いている。分極処理条件としては、処理温度80℃、コロナ電極510の電圧9kV、グリッド電極520の電圧1.5kV、処理時間30s、コロナ電極510−グリッド電極520間の距離4mm、グリッド電極520−ステージ530間の距離4mmにて行った。   Thereafter, polarization treatment was performed by corona charging treatment using the polarization treatment apparatus 500. For the corona charging treatment, a tungsten wire of φ50 μm is used. The polarization treatment conditions include a treatment temperature of 80 ° C., a corona electrode 510 voltage of 9 kV, a grid electrode 520 voltage of 1.5 kV, a treatment time of 30 s, a distance of 4 mm between the corona electrode 510 and the grid electrode 520, and between the grid electrode 520 and the stage 530. The distance was 4 mm.

[実施例2]
実施例1において分極処理した後に、図17に示したように短絡用配線65および絶縁保護膜80を作製する以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
[Example 2]
After the polarization treatment in Example 1, the liquid discharge head 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the short-circuit wiring 65 and the insulating protective film 80 were produced as shown in FIG.

[比較例1]
図11に示したようにガードリング配線64を有しない構造を作製する以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
[Comparative Example 1]
A liquid discharge head 2 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a structure without the guard ring wiring 64 was manufactured as shown in FIG.

[比較例2]
図10に示したようにダミー電極パッド63を有しない構造を作製する以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
[Comparative Example 2]
A liquid ejection head 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that a structure without the dummy electrode pad 63 was produced as shown in FIG.

[実施例1〜2、比較例1〜2の検討]
実施例1〜2、比較例1〜2で作成した液体吐出ヘッド2について、さらに、駆動IC35を作製し、駆動チャネル3の電極パッド61,62とワイヤボンディング36により電気的に接合した。
[Examination of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2]
For the liquid ejection heads 2 created in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, a drive IC 35 was further produced and electrically joined to the electrode pads 61 and 62 of the drive channel 3 by wire bonding 36.

その後、基板10の裏面をエッチングして圧力室10x、ダミー圧力室を形成し、液体吐出ヘッド2とした。但し、基板10の下部には、ノズル51を備えたノズル板50は接合されていなく、液体吐出ヘッド2は半完成状態である。   Thereafter, the back surface of the substrate 10 was etched to form a pressure chamber 10x and a dummy pressure chamber, and the liquid discharge head 2 was obtained. However, the nozzle plate 50 provided with the nozzles 51 is not joined to the lower part of the substrate 10, and the liquid ejection head 2 is in a semi-finished state.

このとき、図23に示すように、圧力室10xを保持するため、裏面に電気機械変換素子30に対応する個数の凹部15xが形成された保持基板15を用いた。具体的には、圧力室10xを形成する前に、各電気機械変換素子30が各凹部15x内に収容されるように、保持基板15を接着層を介して基板10上に接合した。その後、基板10の裏面をエッチングして圧力室10xを形成した。   At this time, as shown in FIG. 23, in order to hold the pressure chamber 10x, the holding substrate 15 having the number of recesses 15x corresponding to the electromechanical conversion elements 30 formed on the back surface was used. Specifically, before the pressure chamber 10x is formed, the holding substrate 15 is bonded onto the substrate 10 through an adhesive layer so that each electromechanical conversion element 30 is accommodated in each recess 15x. Thereafter, the back surface of the substrate 10 was etched to form a pressure chamber 10x.

実施例1〜2及び比較例1〜2で作製した各液体吐出ヘッド2の電気機械変換素子30について、図6に示したC3の位置に相当するチップを用いて、該当箇所でのXRD測定、変位特性(圧電定数)、振動板の湾曲量の評価を行った。なお、変位特性の評価については、圧力室10x側から振動評価を実施した。具体的には、電界印加(150kV/cm)による変形量を、レーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。又、振動板20の湾曲量(曲率半径)については、白色光干渉型表面形状測定機を用いて計測した。   For the electromechanical transducer 30 of each liquid ejection head 2 produced in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, using a chip corresponding to the position of C3 shown in FIG. The displacement characteristics (piezoelectric constant) and the bending amount of the diaphragm were evaluated. In addition, about evaluation of the displacement characteristic, vibration evaluation was implemented from the pressure chamber 10x side. Specifically, the amount of deformation due to electric field application (150 kV / cm) was measured with a laser Doppler vibrometer and calculated from fitting by simulation. Further, the bending amount (curvature radius) of the diaphragm 20 was measured using a white light interference type surface shape measuring machine.

そして、各々の端部チャネル群における振動板20の分極率バラつき、曲率半径Rの差、及び変位差(Δδ/δ_ave)を求め、結果を表1にまとめた。なお、δは150kv/cmの電界強度かけて評価を行ったときの電気機械変換膜32の変位特性であり、Δδは電気機械変換膜32の配列方向に対する変位特性δの傾き差、δ_aveは変位特性δの平均値である。   Then, the polarizability variation of the diaphragm 20 in each end channel group, the difference in the radius of curvature R, and the displacement difference (Δδ / δ_ave) were obtained, and the results are summarized in Table 1. Δ is a displacement characteristic of the electromechanical conversion film 32 when evaluation is performed with an electric field strength of 150 kv / cm, Δδ is a difference in inclination of the displacement characteristic δ with respect to the arrangement direction of the electromechanical conversion film 32, and δ_ave is a displacement. This is the average value of the characteristic δ.

Figure 2018154033
Figure 2018154033

表1から分かるように、実施例1〜2,比較例1については、変位差がチップ内の各々の端部から20chまでのチャネル群における変位傾きとして目標とする8%以内に収まっているが、比較例2については13.0%と大きなバラつきを有していた。また、ガードリングを設けていない比較例1に対して、実施例1,2では、さらに好適に変位差を抑制できることを確認した。   As can be seen from Table 1, in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the displacement difference is within the target 8% as the displacement inclination in the channel group from each end in the chip to 20ch. Comparative Example 2 had a large variation of 13.0%. Further, it was confirmed that the displacement difference can be more suitably suppressed in Examples 1 and 2 compared to Comparative Example 1 in which no guard ring is provided.

また、表1において、実施例1〜2,比較例1では各々の端部から20chまでのチャネル群における振動板20の曲率半径Rの差は何れも1500μm以下であるが、比較例2では2000μmよりも大きくなっている。   In Table 1, in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the difference in the radius of curvature R of the diaphragm 20 in the channel group from each end to 20ch is 1500 μm or less, but in Comparative Example 2 it is 2000 μm. Is bigger than.

次に、実施例1〜2、比較例1〜2で作製した各液体吐出ヘッド2(半完成状態の液体吐出ヘッド2)の基板10の下部にノズル51を備えたノズル板50を接合し、液体吐出ヘッド2を完成させ、液の吐出評価を行った。   Next, the nozzle plate 50 provided with the nozzles 51 is bonded to the lower part of the substrate 10 of each liquid discharge head 2 (semi-finished liquid discharge head 2) manufactured in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2. The liquid discharge head 2 was completed and liquid discharge evaluation was performed.

具体的には、粘度を5cpに調整したインクを用いて、単純Push波形により−10〜−30Vの印可電圧を加えたときの吐出状況を確認した。その結果、実施例1〜2,比較例1で作製した各液体吐出ヘッド2に関しては、どのノズル51からも吐出でき、かつ高周波で吐出できることが確認できた。これに対して、比較例2で作製した液体吐出ヘッド2に関しては、ヘッド内の各々の端部のチャネル群に対応するノズル51において、大きく液体吐出速度がばらついていることが確認された。   Specifically, the discharge state when an applied voltage of −10 to −30 V was applied with a simple Push waveform using ink having a viscosity adjusted to 5 cp was confirmed. As a result, it was confirmed that the liquid ejection heads 2 produced in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 can be ejected from any nozzle 51 and can be ejected at high frequency. On the other hand, with respect to the liquid discharge head 2 manufactured in Comparative Example 2, it was confirmed that the liquid discharge speed greatly varied in the nozzles 51 corresponding to the channel groups at the respective end portions in the head.

1,2 液体吐出ヘッド
3 駆動チャネル
4 ダミーチャネル
10 基板
10x 圧力室
15 保持基板
15x 凹部
20 振動板
30 電気機械変換素子
31 下部電極
32 電気機械変換膜
33 上部電極
34 ダミー電気機械変換素子
35 駆動IC
36 ワイヤボンディング
40(40a,40b) 絶縁保護膜
40x 開口部
50 ノズル板
51 ノズル
60 配線
61 電極パッド(共通電極パッド)
62 電極パッド(個別電極パッド)
63 ダミー電極パッド
64 ガードリング配線
65 短絡用配線
70 絶縁保護膜
70x 開口部
80 絶縁保護膜
1, 2 Liquid discharge head 3 Drive channel 4 Dummy channel 10 Substrate 10x Pressure chamber 15 Holding substrate 15x Recess 20 Diaphragm 30 Electromechanical transducer 31 Lower electrode 32 Electromechanical transducer 33 Upper electrode 34 Dummy electromechanical transducer 35 Driving IC
36 Wire bonding 40 (40a, 40b) Insulating protective film 40x Opening 50 Nozzle plate 51 Nozzle 60 Wiring 61 Electrode pad (common electrode pad)
62 Electrode pads (individual electrode pads)
63 Dummy electrode pad 64 Guard ring wiring 65 Short-circuit wiring 70 Insulating protective film 70x Opening 80 Insulating protective film

特開2014−177049号公報JP 2014-177049 A

Claims (10)

液体を吐出する複数のノズルと、
前記ノズルに連通する液体吐出用の圧力室が所定方向に複数並んで形成されるとともに、前記所定方向において前記圧力室の端部側に配置される少なくとも1つのダミー圧力室が形成される圧力室形成基板と、
前記圧力室形成基板の一方面に設けられ、その一部が前記圧力室および前記ダミー圧力室の壁面を構成する振動板層と、
各圧力室に対応して前記振動板層上に設けられる電気機械変換素子と、
各ダミー圧力室に対応して前記振動板層上に設けられるダミー電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子に電気的に接続された電極パッドと、
前記ダミー電気機械変換素子に電気的に接続されたダミー電極パッドと、
前記ダミー電極パッドのうち少なくとも最端部に位置するダミー電極パッドに対して、その少なくとも一部に対向するように形成された配線と、
を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
A plurality of nozzles for discharging liquid;
A pressure chamber in which a plurality of liquid discharge pressure chambers communicating with the nozzle are formed side by side in a predetermined direction, and at least one dummy pressure chamber disposed on the end side of the pressure chamber in the predetermined direction is formed A forming substrate;
A diaphragm layer provided on one surface of the pressure chamber forming substrate, a part of which constitutes a wall surface of the pressure chamber and the dummy pressure chamber;
An electromechanical transducer provided on the diaphragm layer corresponding to each pressure chamber;
Dummy electromechanical transducers provided on the diaphragm layer corresponding to each dummy pressure chamber;
An electrode pad electrically connected to the electromechanical transducer;
A dummy electrode pad electrically connected to the dummy electromechanical transducer;
A wiring formed so as to face at least a part of the dummy electrode pad located at least at the end of the dummy electrode pad;
A liquid ejection head comprising:
前記電気機械変換素子は、前記振動板層に積層された下部電極を含み、
前記配線は、前記下部電極と導通していることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
The electromechanical transducer includes a lower electrode laminated on the diaphragm layer,
The liquid ejection head according to claim 1, wherein the wiring is electrically connected to the lower electrode.
前記配線は、前記ダミー電極パッドの周長の50%以上に対向するように形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 1, wherein the wiring is formed so as to face 50% or more of the circumference of the dummy electrode pad. 前記配線と前記ダミー電極パッドとの間隔は、3〜50μmの範囲であることを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。   4. The liquid ejection head according to claim 1, wherein an interval between the wiring and the dummy electrode pad is in a range of 3 to 50 μm. 5. 前記ダミー電極パッドと前記電気機械変換素子の共通電極とを導通する短絡用配線を設けることを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。   5. The liquid discharge head according to claim 1, further comprising: a short-circuit wiring that conducts between the dummy electrode pad and the common electrode of the electromechanical conversion element. 前記短絡用配線を覆う絶縁保護膜を有することを特徴する請求項5に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 5, further comprising an insulating protective film that covers the short-circuit wiring. 前記ノズルからの液体の吐出制御を行う吐出制御手段を備え、
前記電極パッドは、前記吐出制御手段と電気的に接合され、
前記ダミー電極パッドは、前記吐出制御手段とは電気的に接合されないことを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
A discharge control means for controlling discharge of the liquid from the nozzle;
The electrode pad is electrically joined to the discharge control means,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein the dummy electrode pad is not electrically joined to the discharge control unit.
請求項5に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記短絡用配線を作製する工程は、前記電気機械変換素子および前記ダミー電気機械変換素子についての分極処理よりも後の工程であることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
It is a manufacturing method of the liquid discharge head according to claim 5,
The method of manufacturing a liquid discharge head, wherein the step of producing the short-circuit wiring is a step after a polarization process for the electromechanical transducer and the dummy electromechanical transducer.
請求項1から7までのいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出ユニット。   A liquid discharge unit comprising the liquid discharge head according to claim 1. 請求項1から7までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド、または、請求項9に記載の液体吐出ユニットを備えることを特徴とする液体を吐出する装置。   An apparatus for ejecting liquid, comprising the liquid ejection head according to claim 1 or the liquid ejection unit according to claim 9.
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