JP3491643B2 - Liquid jet head - Google Patents
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- JP3491643B2 JP3491643B2 JP20108794A JP20108794A JP3491643B2 JP 3491643 B2 JP3491643 B2 JP 3491643B2 JP 20108794 A JP20108794 A JP 20108794A JP 20108794 A JP20108794 A JP 20108794A JP 3491643 B2 JP3491643 B2 JP 3491643B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液体噴射記録装置に好
適に用いられる液体噴射ヘッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid jet head suitable for use in a liquid jet recording apparatus.
【0002】液体噴射記録装置は、液室、ノズル、液体
流路を有する液体噴射ヘッド、並びにインク供給系とを
具備し、液室内に充満しているインクにエネルギーを与
えることにより、液室内のインクが液体流路に押し出さ
れ、その結果ノズルからインク滴が噴射され、これによ
り文字・画像情報の記録が行われるものである。インク
にエネルギーを与える手段としては、圧電素子を用いて
液室内を加圧する手段、またはヒータを用いて液室内イ
ンクを加熱する手段が一般的である。本発明は、この
内、圧電素子を用いて液室内を加圧する手段をもつ、液
体噴射ヘッドに関する。A liquid jet recording apparatus is provided with a liquid chamber, a nozzle, a liquid jet head having a liquid flow path, and an ink supply system, and by applying energy to the ink filled in the liquid chamber, The ink is pushed out into the liquid flow path, and as a result, the ink droplets are ejected from the nozzle, whereby the character / image information is recorded. As a means for applying energy to the ink, a means for pressurizing the liquid chamber using a piezoelectric element or a means for heating the ink in the liquid chamber using a heater is generally used. The present invention relates to a liquid ejecting head having a means for pressurizing the inside of a liquid chamber using a piezoelectric element.
【0003】[0003]
【従来の技術】本発明に関わる構成要素の従来技術とし
ては、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジッ
クスパート1、1993年、第32巻、9B号、414
4−4146頁に所載の論文がある。2. Description of the Related Art As the prior art of the components related to the present invention, Japanese Journal of Applied Physics Part 1, 1993, Volume 32, No. 9B, 414.
There is a paper published on page 4-4146.
【0004】ジャパニーズジャーナルオブアプライドフ
ィジックス、パート1、1993年、第32巻、9B
号、4144−4146頁に所載の論文においては、単
結晶珪素基板上に、二酸化珪素層、タンタル層500
Å、チタン層500Å、白金層2000Åと積層し、さ
らにゾルゲル法で厚み2300Å程度に形成したPZT
(チタン酸ジルコン酸鉛)薄膜が開示されている。PZ
Tは圧電材料として一般的なものであり、本発明の液体
噴射ヘッドの圧電膜に用いることができる。Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 1993, Volume 32, 9B
No. 4144-4146, a silicon dioxide layer, a tantalum layer 500 on a single crystal silicon substrate.
Å, titanium layer 500 Å, platinum layer 2000 Å laminated, and further formed by sol-gel method to a thickness of about 2300 Å
A (lead zirconate titanate) thin film is disclosed. PZ
T is a general piezoelectric material and can be used for the piezoelectric film of the liquid jet head of the present invention.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術による液体噴射ヘッドの構成要素においては、以
下に示すような解決されるべき問題がある。However, the constituent elements of the liquid jet head according to the prior art described above have the following problems to be solved.
【0006】ジャパニーズジャーナルオブアプライドフ
ィジックス、パート1、1993年、第32巻、9B
号、4144−4146頁に所載の論文においては、単
結晶珪素基板上に、二酸化珪素層、タンタル層500
Å、チタン層500Å、白金層2000Åと積層し、さ
らにゾルゲル法で形成したPZT(チタン酸ジルコン酸
鉛)薄膜が開示されている。実際、本発明者がSiO2
付きSi基板上にその通りの電極を構成し、スパッタリ
ング法でPZTを1μm形成し、その後900℃酸素雰
囲気中で熱処理を行ってみた。すると、部分的に白金電
極とPZTとの間に剥がれが生じ、白金とPZTとの密
着力が弱いことが示唆された。Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 1993, Volume 32, 9B
No. 4144-4146, a silicon dioxide layer, a tantalum layer 500 on a single crystal silicon substrate.
There is disclosed a PZT (lead zirconate titanate) thin film formed by laminating a Å, a titanium layer 500 Å, and a platinum layer 2000 Å and further forming by a sol-gel method. Indeed, the present inventors have SiO 2
An electrode as that was formed on the attached Si substrate, PZT was formed to a thickness of 1 μm by the sputtering method, and then heat treatment was performed in an oxygen atmosphere at 900 ° C. Then, peeling occurred partially between the platinum electrode and PZT, suggesting that the adhesion between platinum and PZT was weak.
【0007】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたものであり、下電極と圧電膜との密着性を改善す
ることにより、高信頼性かつ高歩留まりの液体噴射ヘッ
ドを提供することを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and provides a liquid jet head with high reliability and high yield by improving the adhesion between the lower electrode and the piezoelectric film. The purpose is.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の液体噴射ヘッド
は、噴射すべき液体を保持するための液室が形成された
基板、ノズル、液体流路、前記液室上に形成された振動
板、前記振動板上に形成された下電極、圧電膜、及び上
電極より成る圧電素子を具備し、前記液室、ノズル、液
体流路、振動板、圧電素子が複数個配列されて成り、前
記圧電素子を駆動し振動板をたわませ液室の体積を変化
させることにより、液体流路を介して液室内に供給され
た液体をノズルより外部に噴射させる液体噴射ヘッドに
おいて、前記下電極上部に、二酸化チタンを含有した、
チタン層またはチタンを含有する合金層を設けたことを
特徴とする。A liquid jet head according to the present invention comprises a substrate having a liquid chamber for holding a liquid to be jetted, a nozzle, a liquid flow path, and a vibrating plate formed on the liquid chamber. A piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode formed on the vibration plate, wherein the liquid chamber, the nozzle, the liquid flow path, the vibration plate, and the piezoelectric element are arranged in a plurality. In a liquid ejecting head for ejecting a liquid supplied into a liquid chamber through a liquid flow path from a nozzle to the outside by driving a piezoelectric element and bending a vibrating plate to change the volume of the liquid chamber, Containing titanium dioxide ,
A titanium layer or an alloy layer containing titanium is provided.
【0009】 また、前記下電極上部に設けた、二酸化
チタンを含有した、チタン層またはチタンを含有する合
金層の厚みを200Å以下としたことを特徴とする。Further, the dioxide provided on the lower electrode is
Containing titanium, characterized in that the thickness of the alloy layer containing titanium layer or a titanium was 200Å or less.
【0010】[0010]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0011】
(実施例1)
図1は本発明の実施例における液体噴射ヘッドの斜視図
である。液室102上に形成された振動板103、振動
板103上に形成された酸素を含有したタンタル層20
3、及び下電極104、前記下電極104上部に形成さ
れた酸素を含有するチタン層204、圧電膜105、上
電極106による圧電素子が形成された第1の基板10
1と、液体流路108が形成された第2の基板107を
接合して成る構成となっている。109は第1の基板1
01と第2の基板107を接合した断面の開口部に形成
されたノズルである。液室102とノズル109は、同
一のピッチで配置されている。 [0011] (Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view of a liquid jet head in the embodiment of the present invention. A diaphragm 103 formed on the liquid chamber 102, and a tantalum layer 20 containing oxygen formed on the diaphragm 103.
3, the lower electrode 104, the titanium layer 204 containing oxygen formed on the lower electrode 104, the piezoelectric film 105, and the first electrode 10 on which the piezoelectric element is formed.
1 is joined to the second substrate 107 in which the liquid flow path 108 is formed. 109 is the first substrate 1
No. 01 and the second substrate 107 are joined together to form a nozzle formed in the opening of the cross section. The liquid chamber 102 and the nozzle 109 are arranged at the same pitch.
【0012】
この液体噴射ヘッドの動作を簡単に説明す
ると、下電極104と上電極106の間に電圧を印加
し、下電極104、圧電膜105、上電極106よりな
る圧電素子、及び振動板103を変形させ、液室102
の体積を減少させ、液室102内に充満しているインク
を液体流路108へ押し出し、ノズル109よりインク
が噴射される動作となる。本実施例中において、液室1
02の配列方向長さL=100μm、その奥行き方向長
さW=15mm、下電極104の配列方向長さLl=1
18μm、その奥行き方向長さWl=17mm、圧電膜
105の配列方向長さLp=88μm、その奥行き方向
長さWp=16mm、上電極106の配列方向長さLu
=82μm、その奥行き方向長さWu=15.8mmと
した。また、液体流路108の断面は40μm角とし
た。 [0012] In operation of the liquid jet head easily, a voltage is applied between the lower electrode 104 and upper electrode 106, lower electrode 104, a piezoelectric film 105, the piezoelectric element consists of the upper electrode 106, and the vibration plate 103 The liquid chamber 102
Is reduced, the ink filled in the liquid chamber 102 is pushed out to the liquid flow path 108, and the ink is ejected from the nozzle 109. In this embodiment, the liquid chamber 1
02, the length L in the arrangement direction is 100 μm, the length W is 15 mm in the depth direction, and the length Ll in the arrangement direction of the lower electrode 104 is Ll = 1.
18 μm, the depth direction length Wl = 17 mm, the arrangement direction length Lp of the piezoelectric film 105 = 88 μm, the depth direction length Wp = 16 mm, the arrangement direction length Lu of the upper electrode 106.
= 82 μm, and the depth direction length Wu = 15.8 mm. Further, the cross section of the liquid channel 108 was 40 μm square.
【0013】
以下、製造工程に従って本発明の液体噴射
ヘッドを詳細に説明する。 [0013] Hereinafter, the liquid jet head of the present invention will be described in detail in accordance with the manufacturing process.
【0014】
図2(a)、(b)、(c)は、本発明の
実施例における、第1の基板101に圧電素子及び液室
を形成するまでの製造工程を示す断面図である。なお、
この断面図において、紙面に垂直な方向が液室の奥行き
方向となる。 [0014] FIG. 2 (a), (b) , (c) is, in the embodiment of the present invention, is a cross-sectional view showing the manufacturing steps required to form the piezoelectric element and the liquid chamber to the first substrate 101. In addition,
In this sectional view, the direction perpendicular to the paper surface is the depth direction of the liquid chamber.
【0015】
面方位(110)の単結晶珪素による第1
の基板101を1200℃で熱酸化し、基板101の両
面に酸化珪素層201を厚み5000Å形成する。そし
て、基板101の片面からホウ素を1000℃で酸化珪
素層201の下部に拡散させ、単結晶珪素による振動板
103を形成する。振動板103の厚みは1μm、ホウ
素の濃度は1020cm-3(ホウ素の原子数を1cm3あ
たり1020個)とした。更に、基板101の両面にフォ
トレジストを形成し、振動板103を設けた側と反対側
の表面に開口部を設け、酸化珪素層201を弗酸と弗化
アンモニウムの水溶液でパターニングし、開口部202
を形成する。この時開口部202の奥行き方向、すなわ
ち紙面に垂直な方向を [0015] The by single crystal silicon surface orientation (110) 1
Substrate 101 is thermally oxidized at 1200 ° C. to form silicon oxide layers 201 on both sides of substrate 101 with a thickness of 5000Å. Then, boron is diffused from one surface of the substrate 101 to the lower portion of the silicon oxide layer 201 at 1000 ° C. to form the diaphragm 103 made of single crystal silicon. The thickness of the diaphragm 103 was 1 μm, and the concentration of boron was 10 20 cm −3 (the number of boron atoms was 10 20 per 1 cm 3 ). Further, a photoresist is formed on both surfaces of the substrate 101, an opening is provided on the surface opposite to the side where the vibration plate 103 is provided, and the silicon oxide layer 201 is patterned with an aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. 202
To form. At this time, the depth direction of the opening 202, that is, the direction perpendicular to the paper surface,
【0016】[0016]
【外1】 [Outer 1]
【0017】または [0017] or
【0018】[0018]
【外2】 [Outside 2]
【0019】方向としておく。フォトレジストを剥離し
た後、基板101の振動板103側に、酸素を含有した
タンタル層203、下電極104、酸素を含有したチタ
ン層204、圧電膜105と積層し、図2(a)に示す
断面図となる。実際には、振動板103側の酸化珪素層
201上に金属タンタルを600Å、次に下電極104
及び酸素を含有するチタン層204として、密着層にチ
タンを50Å、さらに白金を2000Å、その上部にチ
タンを50Åとスパッタリング法で3層形成し、更に圧
電膜105を厚み3μmに、組成Pb0.95Sr0.05Zr
0.28Ti0.35Mg0.123Nb0.247O3(90mol%)
+PbO(10mol%)で示される焼結体ターゲット
を用いて、アルゴン雰囲気中基板加熱なしで高周波スパ
ッタリング成膜を行い、酸素雰囲気中650℃1時間+
900℃1時間アニールを行い、同図に示す酸素を含有
したタンタル層203、下電極104、酸素を含有した
チタン層204、圧電膜105を形成した。実際、酸素
雰囲気中650℃1時間+900℃1時間のアニールを
行った後、下電極104の上部に圧電膜105が存在し
ない部分をX線回折法で分析したところ、二酸化チタン
の結晶からの回折線が観測され、二酸化チタンを含有す
るチタン層204が存在することが確認された。The direction is set. After peeling off the photoresist, a tantalum layer 203 containing oxygen, a lower electrode 104, a titanium layer 204 containing oxygen, and a piezoelectric film 105 are laminated on the vibration plate 103 side of the substrate 101, as shown in FIG. It becomes a sectional view. Actually, 600 Å of metal tantalum is deposited on the silicon oxide layer 201 on the side of the diaphragm 103, and then the lower electrode 104.
And a titanium layer 204 containing oxygen, 50Å titanium adhesion layer, further 2000Å platinum, the titanium to form three layers in 50Å and sputtering the upper, further thickness 3μm piezoelectric film 105, the composition Pb 0.95 Sr 0.05 Zr
0.28 Ti 0.35 Mg 0.123 Nb 0.247 O 3 (90 mol%)
+ PbO (10 mol%) was used to perform high frequency sputtering film formation in an argon atmosphere without heating the substrate, and in an oxygen atmosphere at 650 ° C. for 1 hour +
Annealing was performed at 900 ° C. for 1 hour to form the oxygen-containing tantalum layer 203, the lower electrode 104, the oxygen-containing titanium layer 204, and the piezoelectric film 105 shown in FIG. Actually, after annealing at 650 ° C. for 1 hour + 900 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere, a portion where the piezoelectric film 105 does not exist on the lower electrode 104 was analyzed by an X-ray diffraction method. Lines were observed, confirming the presence of titanium layer 204 containing titanium dioxide .
【0020】
そして、圧電膜105をホウ弗酸水溶液、
下電極104を王水水溶液でパターニングし、更に上電
極106をスパッタリング法でチタンを厚み50Å、金
を厚み2000Åと、この順に形成し、ヨウ素とヨウ化
カリウムの水溶液でパターニングし、図2(b)に示す
断面図となる。 [0020] Then, boric hydrofluoric acid solution the piezoelectric film 105,
The lower electrode 104 is patterned with an aqua regia solution, and the upper electrode 106 is formed by sputtering in the order of titanium 50 Å and gold 2000 Å in this order, and patterned with an aqueous solution of iodine and potassium iodide. ) Is a sectional view.
【0021】
その後、保護膜205を感光性ポリイミド
で厚み2μmに形成し、図示しない電極取り出し部の保
護膜を現像により取り除き、400℃で熱処理を行う。
次に、保護膜205を形成した圧電素子側の面を治具に
より保護し、水酸化カリウム水溶液に浸せきし、酸化珪
素層201の開口部202から単結晶珪素基板101の
異方性エッチングを行い、液室102を形成する。この
時単結晶珪素基板101の面方位が(110)であり、
更に開口部202の奥行き方向が [0021] Then, the protective film 205 is formed to a thickness 2μm with a photosensitive polyimide, removed by developing the protective film of the electrode extraction portion, not shown, heat treatment is performed at 400 ° C..
Next, the surface on the piezoelectric element side on which the protective film 205 is formed is protected by a jig and immersed in an aqueous potassium hydroxide solution, and the single crystal silicon substrate 101 is anisotropically etched through the opening 202 of the silicon oxide layer 201. , The liquid chamber 102 is formed. At this time, the plane orientation of the single crystal silicon substrate 101 is (110),
Furthermore, the depth direction of the opening 202 is
【0022】[0022]
【外3】 [Outside 3]
【0023】または [0023] or
【0024】[0024]
【外4】 [Outside 4]
【0025】方向であるから、液室102の奥行き方向
の辺を形成する側壁の面を(111)面とすることがで
きる。水酸化カリウム水溶液を用いた場合、単結晶珪素
の(110)面と(111)面のエッチングレートの比
は300:1程度となり、300μmの深さの溝をサイ
ドエッチング1μm程度に抑えて形成することができ、
液室102が形成される。そして、基板101を前記治
具に固定したまま、基板101に接している酸化珪素層
201を弗酸と弗化アンモニウムの水溶液でエッチング
除去し、図2(c)に示す断面図となる。 Since it is the direction, the surface of the side wall forming the side of the liquid chamber 102 in the depth direction can be the (111) plane. When a potassium hydroxide aqueous solution is used, the ratio of the etching rates of the (110) face and the (111) face of single crystal silicon is about 300: 1, and a groove having a depth of 300 μm is formed by suppressing side etching to about 1 μm. It is possible,
The liquid chamber 102 is formed. Then, with the substrate 101 fixed to the jig, the silicon oxide layer 201 in contact with the substrate 101 is removed by etching with an aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride to obtain a cross-sectional view shown in FIG.
【0026】
図3は、本発明の実施例における、液体噴
射ヘッドの実装構造の概念図である。圧電素子及び液室
が形成された第1の基板101と液体流路108が形成
された第2の基板107を接合し、ノズル109と液体
導入孔304が形成される。液体導入孔304側を基材
301で囲み、液体室303が形成される。この液体室
303には外部から液体が供給されるようになっている
(図示せず)。基材301は実装基板302に取り付け
られる。第2の基板107は、プラスチックを射出成形
することにより、液体流路108と一体形成した。この
液体噴射ヘッドを用いて液体噴射実験を行ったところ、
液体として水系インクを用い、圧電膜への印加電圧を1
5Vとしたとき、ノズルから5mm離れた部分での液体
噴射速度は17m/secであった。 FIG . 3 is a conceptual diagram of the mounting structure of the liquid jet head in the embodiment of the present invention. The first substrate 101 in which the piezoelectric element and the liquid chamber are formed and the second substrate 107 in which the liquid flow path 108 is formed are bonded to each other, and the nozzle 109 and the liquid introduction hole 304 are formed. A liquid chamber 303 is formed by surrounding the liquid introduction hole 304 side with the base material 301. Liquid is supplied to the liquid chamber 303 from the outside (not shown). The base material 301 is attached to the mounting substrate 302. The second substrate 107 was formed integrally with the liquid flow path 108 by injection-molding plastic. When a liquid ejecting experiment was conducted using this liquid ejecting head,
Aqueous ink is used as the liquid, and the applied voltage to the piezoelectric film is 1
When it was set to 5 V, the liquid ejection speed at a portion 5 mm away from the nozzle was 17 m / sec.
【0027】
上記実施例の液体噴射ヘッドにおいて、下
電極104上にスパッタリング成膜する金属チタンの厚
みを変えてみた。上記製造工程において、酸素雰囲気中
650℃1時間+900℃1時間のアニールまでを行
い、目視、金属顕微鏡、走査電子顕微鏡(SEM)によ
り、観察を行った。その結果を表1に示す。 In the liquid jet head of the above embodiment, the thickness of the titanium metal film formed by sputtering on the lower electrode 104 was changed. In the above manufacturing process, annealing up to 650 ° C. for 1 hour + 900 ° C. for 1 hour was performed in an oxygen atmosphere, and observation was performed by visual observation, a metallographic microscope, and a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in Table 1.
【0028】[0028]
【表1】 [Table 1]
【0029】 以上の結果により、下電極104上に二
酸化チタンを含有するチタン層204を形成することに
より、圧電膜105と下電極104間の密着性が向上
し、剥離現象がなくなったことがわかる。また、金属チ
タンの厚みが200Åの場合、PZT下部に空洞が生じ
ているが、これは、アニール時にPZT105中の酸化
鉛と酸素を含有するチタン層204が反応して液化する
ことに起因するものと考えられる。従って、二酸化チタ
ンを含有するチタン層204の厚みはあまり厚くない方
が望ましい。金属チタンを酸素雰囲気中650℃1時間
+900℃1時間のアニールを行った場合、その膜厚は
アニール前の倍程度となることが本発明者のSEM観察
により確認されているため、二酸化チタンを含有するチ
タン層204の厚みとしては200Å以下であることが
望ましい。[0029] From the above results, the two on the lower electrode 104
It can be seen that by forming the titanium layer 204 containing titanium oxide, the adhesion between the piezoelectric film 105 and the lower electrode 104 was improved and the peeling phenomenon was eliminated. Further, when the thickness of the metallic titanium is 200 Å, a cavity is formed in the lower part of the PZT, which is caused by the reaction of the lead oxide in the PZT 105 with the titanium layer 204 containing oxygen and liquefaction. it is conceivable that. Therefore, titanium dioxide
The thickness of the titanium layer 204 containing emissions is more desirable not too thick. If annealing of 650 ° C. 1 hour + 900 ° C. 1 hour in an oxygen atmosphere titanium metal, since the film thickness to become about twice before annealing has been confirmed by SEM observation of the present inventors, the titanium dioxide The thickness of the titanium layer 204 contained is preferably 200 Å or less.
【0030】
この、酸素を含有するチタン層204は、
酸素を含有するチタン合金、例えば、チタン−タンタル
合金、チタン−ニッケル合金、チタン−白金合金等であ
っても良い。 The titanium layer 204 containing oxygen is
It may be a titanium alloy containing oxygen, for example, a titanium-tantalum alloy, a titanium-nickel alloy, a titanium-platinum alloy, or the like.
【0031】
以上の実施例に限定されることなく、本発
明はその主旨を逸脱しない範囲で広く適用が可能であ
る。例えば、図4に示すような平面、断面構成の液体噴
射ヘッドにも適用可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, but can be widely applied within the scope of the present invention. For example, the present invention can be applied to a liquid ejecting head having a plane and cross sectional structure as shown in FIG.
【0032】
図4(a)、(b)は、本発明の実施例に
おける、第2の基板107にノズルを形成した液体噴射
ヘッドにおける、平面図及び断面図である。液体流路1
08を形成した第2の基板107に、ノズル401を形
成し、第1の基板101と接合した構成となっている。
ノズル401は、エキシマレーザーを照射することによ
り形成すればよい。 FIG. 4 (a), (b) is, in the embodiment of the present invention, in the liquid jet head to form a nozzle on the second substrate 107, a plan view and a cross-sectional view. Liquid channel 1
The nozzle 401 is formed on the second substrate 107 on which 08 is formed and is joined to the first substrate 101.
The nozzle 401 may be formed by irradiating an excimer laser.
【0033】
このような構成とすることにより、図4
(a)に示すように液室102を千鳥状に配置し、しか
もノズル401を一直線上に配置することが可能とな
る。従って、ノズル401の配列ピッチを液室102の
配列ピッチの半分とすることができ、液室寸法を100
μmとした場合、ノズルを400DPI程度の密度で配
置することが可能となる。すなわち、ノズルの更なる高
密度化が可能となる。 [0033] With such a structure, FIG. 4
As shown in (a), it is possible to arrange the liquid chambers 102 in a zigzag pattern and arrange the nozzles 401 in a straight line. Therefore, the arrangement pitch of the nozzles 401 can be half the arrangement pitch of the liquid chambers 102, and the liquid chamber size is 100.
When it is set to μm, it becomes possible to arrange the nozzles at a density of about 400 DPI. That is, it is possible to further increase the density of the nozzles.
【0034】
また同様に、本発明の液体噴射ヘッドの構
成要素や材料も上記実施例中のものに限定されるもので
はない。例えば、圧電膜105の厚みをさらに大きくす
ることも可能であるし、またその材料も特定組成のPZ
Tに限定されることなく、組成比や、添加物の種類を変
えても良いし、それらの多層構造でも良いし、またPZ
Tに限らず鉛を含有する材料、例えばチタン酸鉛を用い
て良い。またその製法もゾルゲル法等、他の方法を用い
て良い。下電極104も密着層にクロム、ニッケル、タ
ングステン等を用いて良いし、白金層を白金−ロジウム
合金や白金−イリジウム合金、白金−チタン合金等を用
いて良い。また、酸素を含有するタンタル層203を化
学気相成長(CVD)法や、酸化物ターゲットを用いた
スパッタリング法でいきなり形成しても良い。さらにそ
の層中に低価数の酸化物、例えば2酸化タンタル相等を
含んでいても良い。 [0034] Similarly, the components and materials of the liquid jet head of the present invention is also not limited to those in the above embodiments. For example, it is possible to further increase the thickness of the piezoelectric film 105, and the material thereof is PZ having a specific composition.
The composition ratio and the kind of additives are not limited to T, and a multilayer structure of them may be used, or PZ
Not limited to T, a material containing lead, for example, lead titanate may be used. Further, other manufacturing method such as a sol-gel method may be used. The lower electrode 104 may also use chromium, nickel, tungsten or the like for the adhesion layer, and the platinum layer may use platinum-rhodium alloy, platinum-iridium alloy, platinum-titanium alloy or the like. Further, the tantalum layer 203 containing oxygen may be formed suddenly by a chemical vapor deposition (CVD) method or a sputtering method using an oxide target. Furthermore, the layer may contain a low valence oxide, such as a tantalum dioxide phase.
【0035】 また、圧電歪み定数d31は、下電極10
4上に二酸化チタンを含有するチタン層204がない場
合の圧電膜105が150pC/Nであったのに対し、
下電極104上に二酸化チタンを含有するチタン層20
4を設けた場合の圧電膜105は170pC/Nと大き
くなり、後者を用いた場合の液体噴射特性も向上した。
尚、圧電膜105は、酸素雰囲気中650℃1時間+9
00℃1時間アニール後における、上記組成によるPZ
Tによるものである。従って、二酸化チタンを含有する
チタン層204を設けることにより、圧電歪み定数d31
が大きくなり、液体噴射特性も向上するという、当初考
えてもみなかった効果まで出現した。Further, the piezoelectric strain constant d 31 is determined by the lower electrode 10
In contrast to the piezoelectric film 105 of 150 pC / N in the case where the titanium layer 204 containing titanium dioxide is not present on the No. 4 film,
Titanium layer 20 containing titanium dioxide on the lower electrode 104
The piezoelectric film 105 when No. 4 was provided was as large as 170 pC / N, and the liquid ejection characteristics when the latter was used were also improved.
The piezoelectric film 105 is 650 ° C. for 1 hour + 9 in an oxygen atmosphere.
PZ with the above composition after annealing at 00 ° C. for 1 hour
It is due to T. Therefore, by providing the titanium layer 204 containing titanium dioxide , the piezoelectric strain constant d 31
The effect was also unexpected, which was that the liquid droplet ejection characteristics improved as a result of the increase.
【0036】
(実施例2)図5
は、本発明の実施例における、振動板103に酸化
ジルコニウムを用いた液体噴射ヘッドにおける、圧電素
子、液室を形成した基板の断面図である。同図におい
て、図1と同一の記号は図1と同一のものを表す。 [0036] (Embodiment 2) FIG. 5 is in the embodiment of the present invention, in the liquid ejecting head using the zirconium oxide to the diaphragm 103, is a cross-sectional view of a substrate formed piezoelectric element, a liquid chamber. In the figure, the same symbols as those in FIG. 1 represent the same components as in FIG.
【0037】
本実施例の液体噴射ヘッドの製造方法は実
施例1に示すものとほぼ同じであるが、以下、それと異
なる点を具体的に示すと、面方位(110)の単結晶珪
素による第1の基板101の両面に酸化珪素層201を
形成した後、即酸化珪素層201のパターニングを行
い、液室102を形成するための開口部を形成すると同
時に、該開口部と反対側の面の酸化珪素層を除去する。
酸化珪素層を全面に除去した面に金属ジルコニウムを形
成し、熱酸化することにより酸化ジルコニウムによる振
動板103が形成される。 [0037] While the method of manufacturing the liquid jet head of the present embodiment is substantially the same as shown in Example 1, below, indicating differs from it in detail, first by single-crystal silicon (110) plane orientation After the silicon oxide layer 201 is formed on both surfaces of the first substrate 101, the silicon oxide layer 201 is immediately patterned to form an opening for forming the liquid chamber 102, and at the same time, a surface opposite to the opening is formed. The silicon oxide layer is removed.
A diaphragm 103 made of zirconium oxide is formed by forming metallic zirconium on the surface from which the silicon oxide layer has been entirely removed and thermally oxidizing it.
【0038】
酸化ジルコニウムによる振動板は前記の珪
素によるものに比べ、ヤング率が大きい。従って、圧電
膜に同じ電圧を印加したときの液室102上の振動板1
03の変形量や発生圧力は、振動板に酸化ジルコニウム
を用いた場合の方が大きく、従って液体噴射特性も良
い。 The vibrating plate made of zirconium oxide has a larger Young's modulus than the vibrating plate made of silicon. Therefore, the diaphragm 1 on the liquid chamber 102 when the same voltage is applied to the piezoelectric film
The amount of deformation and the generated pressure of No. 03 are larger when zirconium oxide is used for the vibration plate, and therefore the liquid ejection characteristics are better.
【0039】
振動板103の材料としては、通常の酸化
ジルコニウム(ジルコニア)のみならず、イットリウム
等が添加された安定化ジルコニア、さらにはアルミナ、
窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム等を用いて良く、
また、それらの積層構造で振動板103を形成しても良
い。 As the material of the diaphragm 103, not only normal zirconium oxide (zirconia) but also stabilized zirconia to which yttrium or the like is added, and further alumina,
Aluminum nitride, zirconium nitride, etc. may be used,
Further, the diaphragm 103 may be formed with a laminated structure of them.
【0040】[0040]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による液体
噴射ヘッドは、下電極上部に二酸化チタンを含有したチ
タンまたはチタンを含有する合金層を設け、望ましくは
その厚みを200Å以下とすることにより、下電極と圧
電膜との密着性を改善することができた。また、同時
に、圧電ひずみ定数が大きくなり、液体噴射特性も向上
するといった、思っても見なかった効果も出現した。As described above, in the liquid jet head according to the present invention, the titanium electrode containing titanium dioxide or the alloy layer containing titanium is provided on the upper part of the lower electrode, and the thickness thereof is preferably 200 Å or less. It was possible to improve the adhesion between the lower electrode and the piezoelectric film. At the same time, an unexpected effect such as an increase in the piezoelectric strain constant and an improvement in the liquid jetting property has also appeared.
【図1】本発明の実施例における液体噴射ヘッドの斜視
図。FIG. 1 is a perspective view of a liquid jet head according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例における、第1の基板101に
圧電素子及び液室を形成するまでの製造工程を示す断面
図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process until a piezoelectric element and a liquid chamber are formed on the first substrate 101 in the embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例における、液体噴射ヘッドの実
装構造の概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram of a mounting structure of a liquid jet head according to an embodiment of the present invention.
【図4】(a)は本発明の実施例における、第2の基板
107にノズルを形成した液体噴射ヘッドにおける、平
面図。(b)はその断面図。FIG. 4A is a plan view of a liquid jet head in which nozzles are formed on a second substrate 107 according to the embodiment of the present invention. (B) is the sectional view.
【図5】
本発明の実施例における、振動板103に酸化
ジルコニウムを用いた液体噴射ヘッドにおける、圧電素
子、液室を形成した基板の断面図。 FIG. 5 is a cross-sectional view of a substrate in which a piezoelectric element and a liquid chamber are formed in a liquid jet head using zirconium oxide for a vibrating plate 103 according to an example of the present invention.
101 第1の基板(単結晶珪素基板) 102 液室 103 振動板 104 下電極 105 圧電膜 106 上電極 107 第2の基板 108 液体流路 109 ノズル 203 酸素を含有したタンタル層 204 酸素を含有したチタン層 101 first substrate (single crystal silicon substrate) 102 Liquid chamber 103 diaphragm 104 Lower electrode 105 Piezoelectric film 106 upper electrode 107 second substrate 108 liquid flow path 109 nozzles 203 Tantalum layer containing oxygen 204 Titanium layer containing oxygen
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16
Claims (2)
形成された基板、ノズル、液体流路、前記液室上に形成
された振動板、前記振動板上に形成された下電極、圧電
膜、及び上電極より成る圧電素子を具備し、前記液室、
ノズル、液体流路、振動板、圧電素子が複数個配列され
て成り、前記圧電素子を駆動し振動板をたわませ液室の
体積を変化させることにより、液体流路を介して液室内
に供給された液体をノズルより外部に噴射させる液体噴
射ヘッドにおいて、 前記下電極上部に、二酸化チタンを含有した、チタン層
またはチタンを含有する合金層を設けたことを特徴とす
る液体噴射ヘッド。1. A substrate having a liquid chamber for holding a liquid to be ejected, a nozzle, a liquid flow path, a vibration plate formed on the liquid chamber, a lower electrode formed on the vibration plate, A piezoelectric film, and a piezoelectric element including an upper electrode, the liquid chamber,
A plurality of nozzles, a liquid channel, a vibrating plate, and a piezoelectric element are arrayed, and the piezoelectric element is driven to bend the vibrating plate to change the volume of the liquid chamber, so that the liquid chamber is introduced into the liquid chamber through the liquid channel. A liquid jet head for jetting a supplied liquid to the outside from a nozzle, wherein a titanium layer containing titanium dioxide or an alloy layer containing titanium is provided above the lower electrode.
を含有した、チタン層またはチタンを含有する合金層の
厚みを200Å以下としたことを特徴とする請求項1記
載の液体噴射ヘッド。2. The liquid according to claim 1 , wherein the titanium layer containing titanium dioxide or the alloy layer containing titanium provided on the lower electrode has a thickness of 200 Å or less. Jet head.
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