JP6344634B2 - Droplet discharge head, droplet discharge apparatus, image forming apparatus, polarization processing method for electromechanical transducer, and method for manufacturing droplet discharge head - Google Patents
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Description
本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置及びプリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置、電気機械変換素子の分極処理方法、並びに、液滴吐出ヘッドの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge head that discharges a droplet, a droplet discharge device including the droplet discharge head, an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, and a copying apparatus, a method for polarization processing an electromechanical transducer, and The present invention relates to a method for manufacturing a droplet discharge head.
従来、インクなどの液体の液滴を吐出するノズルと、このノズルに連通し液体を収容した液室(圧力室、加圧室、吐出室などとも称される。)と、液室内の液体を加圧するための電気機械変換素子としての圧電素子と、を備えた液滴吐出ヘッドが知られている。この液滴吐出ヘッドでは、圧電素子に所定の電圧が印加されることにより、液室の壁の一部を形成する振動板を変形させるように振動し、その振動板の変形により液室内の液体が加圧され、ノズルから液滴を吐出させることができる。 Conventionally, a nozzle that discharges liquid droplets of ink or the like, a liquid chamber (also referred to as a pressure chamber, a pressurization chamber, or a discharge chamber) that communicates with the nozzle and stores liquid, and a liquid in the liquid chamber There is known a droplet discharge head including a piezoelectric element as an electromechanical conversion element for applying pressure. In this droplet discharge head, when a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element, it vibrates so as to deform the diaphragm that forms a part of the wall of the liquid chamber, and the liquid in the liquid chamber is deformed by the deformation of the diaphragm. Is pressurized, and droplets can be discharged from the nozzle.
また、上記圧電素子を構成する圧電体の結晶は、その圧電素子の作製直後の状態では図19(a)に示すように分極の向きがランダムな状態となっている。その後、上記電圧印加を繰り返すことで、図19(b)に示すように圧電体の結晶は分極の向きが揃ったドメインの集合体となってくる。この圧電体の結晶の分極の向きは、圧電素子の分極特性及びその圧電素子を用いた液滴吐出ヘッドの特性の安定化のため、液滴吐出ヘッドの使用開始時から揃っていることが好ましい。 In addition, the piezoelectric crystal constituting the piezoelectric element has a random polarization direction as shown in FIG. 19A immediately after the piezoelectric element is manufactured. After that, by repeating the voltage application, the piezoelectric crystal becomes an aggregate of domains in which the directions of polarization are aligned as shown in FIG. The direction of polarization of the crystal of the piezoelectric body is preferably uniform from the beginning of use of the droplet discharge head in order to stabilize the polarization characteristics of the piezoelectric element and the properties of the droplet discharge head using the piezoelectric element. .
そこで、従来、液滴吐出ヘッドの使用開始前に、圧電素子の分極の向きを揃える分極処理を行う方法が提案されている。例えば、特許文献1、2には、圧電素子に実使用時の駆動電圧よりも大きいエージング電圧を圧電素子に印加するエージング工程を実施し、駆動電圧に対する圧電素子の変位量を安定化させる圧電素子の製造方法が開示されている。また、特許文献3には、圧電体の表面に間隙を介して対向するように、コロナ放電を発生させる電荷供給手段を配置し、そのコロナ放電により圧電体の表面に電荷を供給することにより、圧電体内に電界を発生させて分極処理(ポーリング処理)を行う方法が開示されている。 Therefore, conventionally, there has been proposed a method of performing a polarization process for aligning the polarization direction of the piezoelectric element before the start of use of the droplet discharge head. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose that a piezoelectric element that stabilizes the amount of displacement of the piezoelectric element with respect to the drive voltage by performing an aging process that applies an aging voltage to the piezoelectric element that is greater than the drive voltage during actual use. A manufacturing method is disclosed. Further, in Patent Document 3, a charge supply means for generating corona discharge is disposed so as to face the surface of the piezoelectric body through a gap, and the charge is supplied to the surface of the piezoelectric body by the corona discharge. A method is disclosed in which an electric field is generated in a piezoelectric body to perform polarization processing (polling processing).
しかしながら、上記特許文献1、2に開示されているエージング工程を実施する方法では、圧電素子を構成する駆動電極又はその駆動電極に接続された端子電極に直接接触させて上記エージング電圧を印加するためのプローブカードやそのプローブカードを駆動する駆動機構などを作製する必要があり、コスト高になるおそれがある。 However, in the method of performing the aging process disclosed in Patent Documents 1 and 2 above, the aging voltage is applied by directly contacting the drive electrode constituting the piezoelectric element or the terminal electrode connected to the drive electrode. It is necessary to produce a probe card and a drive mechanism for driving the probe card, which may increase the cost.
また、上記特許文献3に開示されている方法では、圧電体が形成された後、その後の後工程(層間膜形成や引出配線形成)が行われる前に、圧電素子の表面が露出した状態で分極処理(ポーリング処理)を行う必要がある。そのため、分極処理(ポーリング処理)が実施された圧電素子に、高温(例えば300℃を超える温度)の熱処理を伴う後工程(層間膜形成や引出配線形成)が実施されることになる。従って、その後工程での熱履歴等による影響で圧電素子が脱分極し、例えば図20のP−Eヒステリシス特性に示すように、電気機械変換能の特性が上記分極処理(ポーリング処理)の前の状態に戻ってしまうおそれがある。 In the method disclosed in Patent Document 3, after the piezoelectric body is formed, the surface of the piezoelectric element is exposed before the subsequent post-process (interlayer film formation or lead wiring formation) is performed. It is necessary to perform polarization processing (polling processing). For this reason, a post-process (interlayer film formation or lead wiring formation) involving heat treatment at a high temperature (for example, a temperature exceeding 300 ° C.) is performed on the piezoelectric element that has been subjected to polarization processing (polling processing). Accordingly, the piezoelectric element is depolarized due to the influence of the thermal history or the like in the subsequent process, and the electromechanical conversion characteristic is the same as that before the polarization process (polling process) as shown in the PE hysteresis characteristic of FIG. There is a risk of returning to the state.
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、製造コストの低減を図りつつ、電気機械変換素子の分極特性のばらつきを低減することができる液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、画像形成装置、電気機械変換素子の分極処理方法、及び、液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a droplet discharge head, a droplet discharge, and the like that can reduce variations in polarization characteristics of electromechanical transducer elements while reducing manufacturing costs. An apparatus, an image forming apparatus, an electromechanical conversion element polarization processing method, and a droplet discharge head manufacturing method are provided.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、液滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通する液室と、該液室内の液体を加圧可能に基板上に設けられた電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の該基板側の第1の駆動電極に接続される第1の端子電極、該電気機械変換素子の該基板側とは反対側の第2の駆動電極に接続される第2の端子電極とを、複数組備え、前記複数の第2の端子電極が、所定の間隔で並ぶように配置され、前記複数の第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、前記ダミーの端子電極及び前記第2の端子電極にバンプ電極が形成され、前記ダミーの端子電極に、分極したダミーの電気機械変換素子が接続され、前記複数の電気機械変換素子は、所定の間隔で並ぶように配置され、前記ダミーの電気機械変換素子は、前記複数の電気機械変換素子の列方向とは異なる位置に設けられていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to a nozzle for discharging droplets, a liquid chamber communicating with the nozzle, and an electric machine provided on a substrate so as to pressurize the liquid in the liquid chamber. A conversion element, a first terminal electrode connected to the first drive electrode on the substrate side of the electromechanical conversion element, and a second drive electrode opposite to the substrate side of the electromechanical conversion element A plurality of second terminal electrodes, the plurality of second terminal electrodes being arranged so as to be arranged at a predetermined interval, and adjacent to an end of a row of the plurality of second terminal electrodes. in position, the dummy terminal electrodes provided, the dummy terminal electrode and the bump electrode to the second terminal electrodes are formed, the terminal electrodes of the dummy, polarized dummy electromechanical transducer is connected to the plurality The electromechanical transducer elements are arranged so as to be lined up at a predetermined interval. Electromechanical transducer over the the column direction of the plurality of electro-mechanical conversion element is characterized in that are provided in different positions.
本発明によれば、製造コストの低減を図りつつ、電気機械変換素子の分極特性のばらつきを低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the variation in the polarization characteristics of the electromechanical transducer while reducing the manufacturing cost.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの基本構成部分である液滴吐出部10の一構成例を示す概略構成図である。
図1において、液滴吐出部10は、インクなどの液体の液滴を吐出するノズル11を有するノズル基板12と、ノズル11に連通し液体を収容した液室13が形成された液室基板14とを備えている。更に、液室基板(以下、単に「基板」という。)14上には、振動板15と、振動板15を介して液室13内の液体を加圧するための電気機械変換素子としての圧電素子16が設けられている。圧電素子16は、基板14側の第1の駆動電極としての下部電極である共通電極161と、電気機械変換膜としてのPZTなどからなる圧電膜162と、圧電膜162の基板14側とは反対側の第2の駆動電極としての上部電極である個別電極163とが積層されている。共通電極161は、後述の外部接続用の第1の端子電極としての共通電極用のパッド電極に接続されている。また、個別電極163は、後述の外部接続用の第2の端子電極としての個別電極用のパッド電極に接続されている。図1の液滴吐出部10において、第1パッド電極及び第2パッド電極を介して圧電素子16の共通電極161と個別電極163との間に所定の周波数及び振幅の駆動電圧が印加される。この駆動電圧が印加された圧電素子16が、基板14と圧電素子16との間にある図示しない振動板を変形させるように振動し、その振動板の変形により液室13内の液体が加圧され、ノズル11から液滴を吐出させることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration example of a droplet discharge unit 10 that is a basic component of a droplet discharge head according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a droplet discharge unit 10 includes a nozzle substrate 12 having a nozzle 11 for discharging a droplet of a liquid such as ink, and a liquid chamber substrate 14 formed with a liquid chamber 13 communicating with the nozzle 11 and containing a liquid. And. Further, on a liquid chamber substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) 14, a vibration plate 15 and a piezoelectric element as an electromechanical transducer for pressurizing the liquid in the liquid chamber 13 via the vibration plate 15. 16 is provided. The piezoelectric element 16 includes a common electrode 161 as a lower electrode as a first drive electrode on the substrate 14 side, a piezoelectric film 162 made of PZT or the like as an electromechanical conversion film, and the opposite side of the piezoelectric film 162 from the substrate 14 side. An individual electrode 163 that is an upper electrode as a second driving electrode on the side is laminated. The common electrode 161 is connected to a pad electrode for a common electrode as a first terminal electrode for external connection described later. The individual electrode 163 is connected to a pad electrode for an individual electrode as a second terminal electrode for external connection described later. In the droplet discharge unit 10 of FIG. 1, a driving voltage having a predetermined frequency and amplitude is applied between the common electrode 161 and the individual electrode 163 of the piezoelectric element 16 via the first pad electrode and the second pad electrode. The piezoelectric element 16 to which the drive voltage is applied vibrates so as to deform a vibration plate (not shown) between the substrate 14 and the piezoelectric element 16, and the liquid in the liquid chamber 13 is pressurized by the deformation of the vibration plate. Thus, the droplets can be ejected from the nozzle 11.
図2は、基板上の振動板及び圧電素子の層構造の一例を示す断面図である。また、図3及び図4はそれぞれ、圧電素子16周辺のより詳細な断面図及び平面図である。なお、図4において、第1の絶縁保護膜18及び第2の絶縁保護膜23の図示は省略している。
圧電素子16の下部電極である共通電極161と基板14との間には、成膜により形成された振動板15が配置されている。この振動板15に接するように圧電素子16が形成された後、第1の絶縁保護膜18が形成される。更に、共通電極161とパッド電極19とを接続する第1の配線20と、個別電極163とパッド電極21とを接続する第2の配線22と、が形成される。第1の絶縁保護膜18は、共通電極161と第2の配線22との間を電気的に絶縁している。また、共通電極161と第1の配線20との間及び個別電極163と第2の配線22との間は、第1の絶縁保護膜18に形成された開口部であるコンタクトホール18aを介して接続されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the layer structure of the diaphragm and the piezoelectric element on the substrate. 3 and 4 are a more detailed cross-sectional view and plan view of the periphery of the piezoelectric element 16, respectively. In FIG. 4, the first insulating protective film 18 and the second insulating protective film 23 are not shown.
A diaphragm 15 formed by film formation is disposed between the common electrode 161 that is the lower electrode of the piezoelectric element 16 and the substrate 14. After the piezoelectric element 16 is formed so as to be in contact with the vibration plate 15, the first insulating protective film 18 is formed. Furthermore, a first wiring 20 that connects the common electrode 161 and the pad electrode 19 and a second wiring 22 that connects the individual electrode 163 and the pad electrode 21 are formed. The first insulating protective film 18 electrically insulates between the common electrode 161 and the second wiring 22. Further, between the common electrode 161 and the first wiring 20 and between the individual electrode 163 and the second wiring 22 through a contact hole 18 a which is an opening formed in the first insulating protective film 18. It is connected.
上記第1の配線20及び第2の配線22が形成された後、全体を覆うように第2の絶縁保護膜23が形成される。パッド電極19及び21は、第2の絶縁保護膜23が形成された開口部としてのコンタクトホール23aに形成される。この第2の絶縁保護膜23が形成された後の液室基板14と基板14と圧電素子16と各種電極とを含む複合積層基板全体(以下、「アクチュエータ基板」という。)に対して、圧電素子16に空隙を介して非接触の状態で圧電素子16を覆うように設けられた構造体としての後述のサブフレームが接合されている。 After the first wiring 20 and the second wiring 22 are formed, a second insulating protective film 23 is formed so as to cover the whole. The pad electrodes 19 and 21 are formed in a contact hole 23a as an opening in which the second insulating protective film 23 is formed. For the entire composite laminated substrate (hereinafter referred to as “actuator substrate”) including the liquid chamber substrate 14, the substrate 14, the piezoelectric element 16, and various electrodes after the second insulating protective film 23 is formed. A subframe, which will be described later, is bonded to the element 16 as a structure provided so as to cover the piezoelectric element 16 in a non-contact state via a gap.
図5(a)は、上記構成の複数の液滴吐出部10を互いに向かい合わせて2列に形成したアクチュエータ基板25の一例を示す平面図であり、図5(b)は、図5(a)のa−a’面を矢印方向から見た断面図である。なお、図5において、第1の絶縁保護膜18及び第2の絶縁保護膜23の図示は省略している。 FIG. 5A is a plan view showing an example of the actuator substrate 25 in which the plurality of droplet discharge sections 10 having the above-described configuration are formed in two rows facing each other, and FIG. 5B is a plan view of FIG. It is sectional drawing which looked at the aa 'surface of () from the arrow direction. In FIG. 5, the first insulating protective film 18 and the second insulating protective film 23 are not shown.
図5において、アクチュエータ基板25に対してサブフレーム26が接合されている。このサブフレーム26は、アクチュエータ基板25の圧電素子16に空隙を介して非接触の状態で圧電素子16を覆うように設けられた少なくとも表面が絶縁性を有する構造体であり、圧電素子16が位置する部分に凹部26aが形成されている。また、サブフレーム26は、複数の液室13に液体を供給する共通液体供給路の一部を形成する開口部26bを有している。更に、サブフレーム26は、複数の圧電素子16に所定の振幅及び周波数からなるパルス駆動電圧を印加するための駆動用電気回路素子としての圧電素子駆動ICが配置される開口部26cを有している。この開口部26に、個別電極用のパッド電極21が露出している。圧電素子駆動ICは、バンプ電極27を介して、個別電極用のパッド電極21に電気的に接続される。また、サブフレーム26は、共通電極用のパッド電極19が露出している開口部26dを有している。 In FIG. 5, the subframe 26 is bonded to the actuator substrate 25. The sub-frame 26 is a structure having at least an insulating surface provided so as to cover the piezoelectric element 16 in a non-contact state with respect to the piezoelectric element 16 of the actuator substrate 25 through a gap. A recess 26a is formed in the portion to be performed. The sub-frame 26 has an opening 26 b that forms a part of a common liquid supply path that supplies liquid to the plurality of liquid chambers 13. Further, the sub-frame 26 has an opening 26c in which a piezoelectric element driving IC as a driving electric circuit element for applying a pulse driving voltage having a predetermined amplitude and frequency to the plurality of piezoelectric elements 16 is disposed. Yes. The pad electrode 21 for the individual electrode is exposed in the opening 26. The piezoelectric element driving IC is electrically connected to the pad electrode 21 for individual electrodes via the bump electrode 27. The subframe 26 has an opening 26d through which the pad electrode 19 for the common electrode is exposed.
次に、アクチュエータ基板25にサブフレーム26を接合した後に行う圧電素子16の分極処理について説明する。
本実施形態では、共通電極用のパッド電極19及び個別電極用のパッド電極21それぞれが露出する開口部26c,26dを有するサブフレーム26に対して、コロナ放電方式又はグロー放電方式の放電処理を行っている。この放電処理により、共通電極用のパッド電極19及び個別電極用のパッド電極21を介して、圧電素子16の共通電極161及び個別電極163に、所定極性の互いに異なる電荷量の電荷を付与している。この電荷付与により、圧電素子16の共通電極161及び個別電極163に挟まれた圧電膜162に対して分極処理を行うことができる。
Next, the polarization process of the piezoelectric element 16 performed after joining the sub-frame 26 to the actuator substrate 25 will be described.
In the present embodiment, the corona discharge method or the glow discharge method is performed on the subframe 26 having the openings 26c and 26d through which the pad electrode 19 for the common electrode and the pad electrode 21 for the individual electrode are exposed. ing. By this discharge treatment, charges having different amounts of charge having a predetermined polarity are applied to the common electrode 161 and the individual electrode 163 of the piezoelectric element 16 through the pad electrode 19 for the common electrode and the pad electrode 21 for the individual electrode. Yes. By this charge application, polarization processing can be performed on the piezoelectric film 162 sandwiched between the common electrode 161 and the individual electrode 163 of the piezoelectric element 16.
図6は、放電処理による共通電極用のパッド電極19及び個別電極用のパッド電極21への電荷注入の様子を模式的に示す説明図である。図7(a)及び(b)はそれぞれ、電荷注入による圧電素子16の分極の原理を示す電極配置図及び等価回路図である。
図6において、コロナワイヤ電極31を用いて例えばコロナ放電させると、大気中の分子がイオン化して陽イオンと陰イオンが発生する。この発生したイオンのうち、陽イオンがパッド電極19及び21を介して、圧電素子16の共通電極161及び個別電極163に流れ込み、それらの電極に蓄積される。
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the state of charge injection into the common electrode pad electrode 19 and the individual electrode pad electrode 21 by the discharge treatment. FIGS. 7A and 7B are an electrode arrangement diagram and an equivalent circuit diagram showing the principle of polarization of the piezoelectric element 16 by charge injection, respectively.
In FIG. 6, for example, when corona discharge is performed using the corona wire electrode 31, molecules in the atmosphere are ionized to generate cations and anions. Among the generated ions, positive ions flow into the common electrode 161 and the individual electrode 163 of the piezoelectric element 16 via the pad electrodes 19 and 21, and are accumulated in these electrodes.
ここで、図7(a)に示すように、個別電極用のパッド電極21の数がA個であり、共通電極用のパッド電極19の数がB個であるとする。また、各パッド電極19、21の露出面積が同じであると仮定する。この条件下で、仮に各パッド電極に電荷Qが注入されると、図7(b)中のコンデンサで示す各圧電素子に対する電荷の蓄積量は示すようになる。すなわち、圧電素子16の個別電極(上部電極)163側には電荷Qが発生するのに対して、共通電極(下部電極)161側にはQ×(B/A)だけの電荷が発生する。この個別電極163及び共通電極161それぞれに発生する電荷量の差によって、電極間に内部電位差が生じ、圧電膜162の分極処理が行われていると考えられる。 Here, as shown in FIG. 7A, it is assumed that the number of pad electrodes 21 for individual electrodes is A, and the number of pad electrodes 19 for common electrodes is B. Further, it is assumed that the exposed areas of the pad electrodes 19 and 21 are the same. Under this condition, if charge Q is injected into each pad electrode, the accumulated amount of charge for each piezoelectric element indicated by the capacitor in FIG. That is, charges Q are generated on the individual electrode (upper electrode) 163 side of the piezoelectric element 16, whereas charges of Q × (B / A) are generated on the common electrode (lower electrode) 161 side. It is considered that an internal potential difference is generated between the electrodes due to the difference in the amount of charge generated in each of the individual electrode 163 and the common electrode 161, and the polarization treatment of the piezoelectric film 162 is performed.
なお、共通電極用のパッド電極19の数(B個)及び面積(b)と、個別電極用のパッド電極21の数(A個)及び面積(a)とを考慮すると、(A×a)/(B×b)の値は次の範囲が好ましい。すなわち、(A×a)/(B×b)の値は、0.1以上となっていることが好ましく、さらに好ましくは1以上となっていることが好ましい。この値に満たなくなると、個別電極163及び共通電極161それぞれに発生する電荷量の差が少なくなり、電極間の内部電位差がなくなってくるため、分極処理が行われなくなる。 In consideration of the number (B) and area (b) of pad electrodes 19 for common electrodes, and the number (A) and area (a) of pad electrodes 21 for individual electrodes, (A × a) The value of / (B × b) is preferably in the following range. That is, the value of (A × a) / (B × b) is preferably 0.1 or more, more preferably 1 or more. When this value is not reached, the difference in the amount of charge generated in each of the individual electrode 163 and the common electrode 161 is reduced, and the internal potential difference between the electrodes is eliminated, so that the polarization process is not performed.
ここで、圧電膜162の分極処理の状態については、圧電素子のP−Eヒステリシスループ特性から判断することができる。
図8(a)及び(b)はそれぞれ、分極処理前及び分極処理後のP−Eヒステリシスループ特性の測定例を示すグラフである。図8に示すように±150[kV/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0[kV/cm]時の分極をPiniとし、+150[kV/cm]の電圧印加後、0[kV/cm]まで戻したときの0[kV/cm]時の分極をPrとしたときに、Pr−Piniの値を分極量差として定義する。この分極量差(Pr−Pini)から分極状態の良し悪しを判断することができる。例えば、分極量差(Pr−Pini)は10[μC/cm2]以下となっていることが好ましく、図8(b)に示すように5[μC/cm2]以下となっていることがさらに好ましい。一方、分極量差(Pr−Pini)の値が、図8(a)に示すように10[μC/cm2]よりも大きい場合は、圧電素子かなる圧電アクチュエータとして連続駆動後の変形劣化(変位劣化)については、十分な特性が得られない。
Here, the state of the polarization treatment of the piezoelectric film 162 can be determined from the PE hysteresis loop characteristics of the piezoelectric element.
FIGS. 8A and 8B are graphs showing measurement examples of PE hysteresis loop characteristics before and after polarization processing, respectively. As shown in FIG. 8, the hysteresis loop is measured with an electric field strength of ± 150 [kV / cm]. The first polarization at 0 [kV / cm] is Pini, and after applying a voltage of +150 [kV / cm], the polarization at 0 [kV / cm] when returning to 0 [kV / cm] is Pr. Then, the value of Pr−Pini is defined as a polarization amount difference. Whether the polarization state is good or bad can be determined from this polarization amount difference (Pr-Pini). For example, the polarization amount difference (Pr−Pini) is preferably 10 [μC / cm 2 ] or less, and as shown in FIG. 8B, it is 5 [μC / cm 2 ] or less. Further preferred. On the other hand, when the value of the polarization amount difference (Pr−Pini) is larger than 10 [μC / cm 2 ] as shown in FIG. 8A, deformation deterioration after continuous driving as a piezoelectric actuator comprising a piezoelectric element ( With respect to (displacement deterioration), sufficient characteristics cannot be obtained.
また、本実施形態の液滴吐出ヘッドは、前述の図5に示しているように複数の個別電極用のパッド電極21が所定の間隔で並ぶように配置されている。このように列状に配置された複数の個別電極用のパッド電極21に対して、上記コロナ放電又はグロー放電による分極処理を行うと、列の両端部に位置する個別電極用のパッド電極21への電荷注入が増加しやすい。そのため、
上記列の両端部に位置する個別電極用のパッド電極21に接続されている圧電素子16が電荷集中を起こし、後述の図14に示すように圧電素子16に絶縁破壊が発生するおそれがある。
Further, in the liquid droplet ejection head of this embodiment, a plurality of individual electrode pad electrodes 21 are arranged at predetermined intervals as shown in FIG. 5 described above. When the polarization treatment by the corona discharge or the glow discharge is performed on the plurality of individual electrode pad electrodes 21 arranged in a row in this manner, the individual electrode pad electrodes 21 located at both ends of the row are obtained. The charge injection tends to increase. for that reason,
There is a possibility that the piezoelectric elements 16 connected to the pad electrodes 21 for individual electrodes located at both ends of the row cause electric charge concentration, and dielectric breakdown may occur in the piezoelectric elements 16 as shown in FIG.
そこで、本実施形態では、複数の個別電極用のパッド電極21の列の端部に隣接する位置に、ダミーの端子電極としてのダミーパッド電極35を設けている。このダミーパッド電極35により、上記列の両端部に位置する個別電極用のパッド電極21への過剰な電荷注入を回避できる。従って、その個別電極用のパッド電極21に接続されている圧電素子16への過剰な電荷集中が発生せず、圧電素子16の絶縁破壊を回避することができるので、圧電素子16のより均一な分極処理が可能になる。特に、図5に示すようにダミーパッド電極35に電荷蓄積素子であるダミーの圧電素子40を接続したり、ダミーパッド電極35をグラウンド(GND)に接続したりすると、上記圧電素子16への過剰な電荷集中をより効果的に防止することができる。 Therefore, in the present embodiment, the dummy pad electrode 35 as a dummy terminal electrode is provided at a position adjacent to the end of the row of the plurality of individual electrode pad electrodes 21. This dummy pad electrode 35 can avoid excessive charge injection into the individual electrode pad electrodes 21 located at both ends of the row. Therefore, excessive charge concentration on the piezoelectric element 16 connected to the pad electrode 21 for the individual electrode does not occur, and dielectric breakdown of the piezoelectric element 16 can be avoided, so that the piezoelectric element 16 can be made more uniform. Polarization processing becomes possible. In particular, as shown in FIG. 5, if a dummy piezoelectric element 40, which is a charge storage element, is connected to the dummy pad electrode 35, or if the dummy pad electrode 35 is connected to the ground (GND), the excess to the piezoelectric element 16 is caused. Charge concentration can be prevented more effectively.
次に、本実施形態の液滴塗布ヘッドを構成する構成要素である各部及び部材などの材料及び工法について、より具体的に説明する。 Next, the materials and methods of the respective parts and members, which are the constituent elements of the droplet application head of the present embodiment, will be described more specifically.
〔基板〕
基板14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[μm]以上600[μm]以下の範囲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、本構成例においては、主に(100)の面方位を持つ単結晶基板を主に使用した。また、図1に示すような液室(圧力室)13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。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一般的である。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。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)では深い溝をほることができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができることが分かっている。本構成例としては(110)の面方位を持った単結晶基板を使用することも可能である。但し、この場合、マスク材であるSiO2もエッチングされてしまうため、この点も留意して利用することが好ましい。
〔substrate〕
As the substrate 14, it is preferable to use a silicon single crystal substrate, and it is preferable to have a thickness in the range of 100 [μm] to 600 [μm]. There are three types of plane orientations: (100), (110), and (111), but (100) and (111) are generally widely used in the semiconductor industry. In this configuration example, A single crystal substrate having a (100) plane orientation was mainly used. Further, when the liquid chamber (pressure chamber) 13 as shown in FIG. 1 is manufactured, the silicon single crystal substrate is processed using etching. As an etching method in this case, it is common to use anisotropic etching. Anisotropic etching utilizes the property that the etching rate differs with respect to the plane orientation of the crystal structure. 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. Therefore, while a structure having an inclination of about 54 ° can be produced in the plane orientation (100), a deep groove can be removed in the plane orientation (110), so that the arrangement density is increased while maintaining rigidity. I know you can. As this configuration example, it is possible to use a single crystal substrate having a (110) plane orientation. However, in this case, SiO 2 which is a mask material is also etched, so it is preferable to use this point in consideration.
〔振動板〕
図1に示すように電気機械変換素子としての圧電素子16によって発生した力を受けて、その下地の振動板15が変形して、液室(圧力室)13のインクなどの液体の液滴を吐出させる。そのため、振動板15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。材料としては、Si、SiO2、Si3N4などを例えばCVD法により作製したものが挙げられる。さらに図1に示すような共通電極(下部電極)161及び圧電膜162の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、圧電膜としては、一般的に材料としてPZTが使用される場合が多い。従って、振動板15の材料は、PZTの線膨張係数8×10−6(1/K)に近い5×10−6(1/K)以上10×10−6(1/K)以下の範囲の線膨張係数を有した材料が好ましく、さらには7×10−6(1/K)以上9×10−6(1/K)以下の範囲の線膨張係数を有した材料がより好ましい。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が挙げられる。これらの材料を、例えばスパッタ法又はゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。膜厚としては0.1[μm]以上10[μm]以下の範囲が好ましく、0.5[μm]以上3[μm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より小さいと、図1に示すような液室(圧力室)13の加工が難しくなる。また、上記範囲より大きいと振動板15が変形しにくくなり、インク滴などの液滴の吐出が不安定になる。
(Diaphragm)
As shown in FIG. 1, upon receiving the force generated by the piezoelectric element 16 as an electromechanical transducer, the underlying diaphragm 15 is deformed, and liquid droplets such as ink in the liquid chamber (pressure chamber) 13 are discharged. Discharge. Therefore, it is preferable that the diaphragm 15 has a predetermined strength. Examples of the material include those made of Si, SiO 2 , Si 3 N 4 or the like by, for example, a CVD method. Furthermore, it is preferable to select a material close to the linear expansion coefficient of the common electrode (lower electrode) 161 and the piezoelectric film 162 as shown in FIG. In particular, PZT is often used as a material for piezoelectric films. Therefore, the material of the diaphragm 15 is in the range of 5 × 10 −6 (1 / K) to 10 × 10 −6 (1 / K), which is close to the linear expansion coefficient 8 × 10 −6 (1 / K) of PZT. A material having a linear expansion coefficient is preferably 7 × 10 −6 (1 / K) or more and 9 × 10 −6 (1 / K) or less. Specific examples of the material 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 materials can be produced by a spin coater using, for example, a sputtering method or a sol-gel method. The film thickness is preferably in the range of 0.1 [μm] to 10 [μm], and more preferably in the range of 0.5 [μm] to 3 [μm]. If it is smaller than this range, it becomes difficult to process the liquid chamber (pressure chamber) 13 as shown in FIG. On the other hand, if it is larger than the above range, the diaphragm 15 is not easily deformed, and ejection of droplets such as ink droplets becomes unstable.
[共通電極(第1の駆動電極)]
共通電極(第1の駆動電極)161としては、金属もしくは金属と酸化物からなっていることが好ましい。ここで、どちらの材料も振動板15と共通電極161を構成する金属膜との間に密着層を入れて剥がれ等を抑制するように工夫している。以下に密着層含めて金属電極膜及び酸化物電極膜の詳細について記載する。
[Common electrode (first drive electrode)]
The common electrode (first drive electrode) 161 is preferably made of metal or metal and oxide. Here, both materials are devised so as to suppress peeling and the like by inserting an adhesion layer between the diaphragm 15 and the metal film constituting the common electrode 161. Details of the metal electrode film and the oxide electrode film including the adhesion layer are described below.
[密着層]
密着層は、例えば次のように形成する。Tiをスパッタ成膜後、成膜したチタン膜をRTA(Rapid Thermal Annealing)装置を用いて熱酸化して酸化チタン膜にする。熱酸化の条件は、例えば、650[℃]以上800[℃]以下の範囲の温度、1[分]以上30[分]以下の範囲の処理時間、及びO2雰囲気である。酸化チタン膜を作成するには反応性スパッタでもよいがチタン膜の高温による熱酸化法が望ましい。反応性スパッタによる作製では、シリコン基板を高温で加熱する必要があるため、特別なスパッタチャンバ構成を必要とする。さらに、一般の炉による酸化よりも、RTA装置による酸化の方がチタンO2膜の結晶性が良好になる。なぜなら、通常の加熱炉による酸化によれば、酸化しやすいチタン膜は、低温においてはいくつもの結晶構造を作るため、一旦、それを壊す必要が生じるためである。したがって、昇温速度の速いRTAによる酸化の方が良好な結晶を形成するために有利になる。また、Ti以外の材料としては、Ta、Ir、Ru等の材料を用いることもできる。密着層の膜厚としては、10[nm]以上50[nm」以下の範囲が好ましく、15[nm]以上30[nm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲以下の場合においては、密着性に懸念があり、また、この範囲以上になってくると、その密着層の上で作製する電極膜の結晶の質に影響が出てくる。
[Adhesion layer]
The adhesion layer is formed as follows, for example. After Ti is formed by sputtering, the formed titanium film is thermally oxidized using an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus to form a titanium oxide film. The conditions for thermal oxidation are, for example, a temperature in the range of 650 [° C.] to 800 [° C.], a treatment time in the range of 1 [min] to 30 [min], and an O 2 atmosphere. To form the titanium oxide film, reactive sputtering may be used, but thermal oxidation of the titanium film at a high temperature is desirable. The production by reactive sputtering requires a special sputtering chamber configuration because the silicon substrate needs to be heated at a high temperature. Furthermore, the crystallinity of the titanium O 2 film is better in the oxidation by the RTA apparatus than in the oxidation by a general furnace. This is because, according to oxidation in a normal heating furnace, a titanium film that is easily oxidized forms several crystal structures at a low temperature, and thus it is necessary to break it once. Therefore, oxidation by RTA having a high temperature rising rate is advantageous in order to form better crystals. Moreover, as materials other than Ti, materials such as Ta, Ir, and Ru can be used. The thickness of the adhesion layer is preferably in the range of 10 [nm] to 50 [nm], and more preferably in the range of 15 [nm] to 30 [nm]. If it is below this range, there is concern about the adhesion, and if it exceeds this range, the quality of the crystal of the electrode film produced on the adhesion layer will be affected.
〔金属電極膜〕
金属電極膜の金属材料としては、従来から高い耐熱性と低い反応性を有する白金が用いられているが、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、イリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これらの合金膜も挙げられる。また、白金を使用する場合には下地(特にSiO2)との密着性が悪いために、前述の密着層を先に積層することが好ましい。作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が一般的である。膜厚としては、80[nm]以上200[nm]以下の範囲が好ましく、100[nm]以上150[nm]以下の範囲がより好ましい。この範囲より薄い場合においては、共通電極161として十分な電流を供給することができなくなり、液滴の吐出をする際に不具合が発生する。さらに、この範囲より厚い場合においては、白金族元素の高価な材料を使用する場合においては、コストアップとなる。また、白金を材料とした場合においては、膜厚を厚くしていたったときに表面粗さが大きくなり、その上に作製する酸化物電極膜やPZTの表面粗さや結晶配向性に影響を及ぼして、インク吐出に十分な変位が得られないような不具合が発生する。
[Metal electrode film]
Conventionally, platinum having high heat resistance and low reactivity has been used as the metal material of the metal electrode film, but it may not be said that it has sufficient barrier properties against lead. -Platinum group elements, such as rhodium, and these alloy films are also mentioned. Further, when platinum is used, it is preferable that the above-mentioned adhesion layer is laminated first because adhesion to the base (particularly SiO 2 ) is poor. As a manufacturing method, vacuum film formation such as sputtering or vacuum deposition is generally used. The film thickness is preferably in the range of 80 [nm] to 200 [nm], and more preferably in the range of 100 [nm] to 150 [nm]. When the thickness is smaller than this range, a sufficient current cannot be supplied as the common electrode 161, and a problem occurs when ejecting droplets. Further, when the thickness is larger than this range, the cost increases when an expensive material of a platinum group element is used. In the case of using platinum as a material, the surface roughness increases when the film thickness is increased, which affects the surface roughness and crystal orientation of the oxide electrode film and PZT produced thereon. This causes a problem that sufficient displacement for ink ejection cannot be obtained.
〔酸化物電極膜〕
酸化物電極膜の材料としては、SrRuO3(以下、適宜「SRO」と略す。)を用いることが好ましい。SrRuO3以外にも、Srx(A)(1−x)Ruy(1−y)、A=Ba、Ca、B=Co、Ni、x、y=0〜0.5で記述されるような材料も挙げられる。酸化物電極膜は例えばスパッタ法等の成膜方法により作製することができる。スパッタ条件によってSrRuO3の薄膜の膜質が変わる。従って、特に結晶配向性を重視し、第1の駆動電極のPt(111)にならってSrRuO3の膜についても(111)配向させるためには、成膜温度については500[℃]以上での基板加熱を行い、成膜することが好ましい。例えば特許文献4に記載のSRO成膜条件については、室温成膜でその後、RTA処理にて結晶化温度(650℃)で熱酸加している。この場合、SRO膜としては、十分結晶化され、電極としての比抵抗としても十分な値が得られるが、膜の結晶配向性としては、(110)が優先配向しやすくなり、その上に成膜したPZTについても(110)配向しやすくなる。
[Oxide electrode film]
As a material for the oxide electrode film, SrRuO 3 (hereinafter, abbreviated as “SRO” as appropriate) is preferably used. In addition to SrRuO 3 , Srx (A) (1-x) Ruy (1-y), A = Ba, Ca, B = Co, Ni, x, y = 0 to 0.5 Also mentioned. The oxide electrode film can be produced by a film formation method such as sputtering. The film quality of the SrRuO 3 thin film varies depending on the sputtering conditions. Therefore, in order to place the SrRuO 3 film in the (111) orientation in the same way as the Pt (111) of the first drive electrode with particular emphasis on the crystal orientation, the film forming temperature is 500 [° C.] or higher. It is preferable to form a film by heating the substrate. For example, with respect to the SRO film formation conditions described in Patent Document 4, thermal acidification is performed at room temperature film formation and then RTA treatment at a crystallization temperature (650 ° C.). In this case, the SRO film is sufficiently crystallized and a sufficient value is obtained as the specific resistance as an electrode. However, as the crystal orientation of the film, (110) is easily preferentially oriented, and the film is formed thereon. The (110) orientation of the deposited PZT is also facilitated.
Pt(111)上に作製したSROの結晶性については、PtとSROで格子定数が近いため、通常のX線のθ−2θ測定では、SRO(111)とPt(111)の2θ位置が重なってしまい判別が難しい。Ptについては消滅則の関係からPsi=35°だけ傾けた2θが約32°付近の位置には回折線が打ち消し合い、回折強度が見られない。そのため、Psi方向を約35°傾けて、2θが約32°付近のピーク強度で判断することで、SROが(111)に優先配向しているかを確認することができる。 As for the crystallinity of SRO produced on Pt (111), the lattice constants of Pt and SRO are close to each other. Therefore, in the normal X-ray θ-2θ measurement, the 2θ positions of SRO (111) and Pt (111) overlap. It is difficult to distinguish. With respect to Pt, diffraction lines cancel each other at a position where 2θ inclined by Psi = 35 ° is about 32 ° due to the disappearance rule, and no diffraction intensity is observed. Therefore, it is possible to confirm whether the SRO is preferentially oriented to (111) by inclining the Psi direction by about 35 ° and judging from the peak intensity where 2θ is about 32 °.
図9は、上記酸化物電極膜を構成するSROの結晶性について、2θ=32°に固定し、Psiを振って測定したX線のθ−2θ測定データを示すグラフである。Psi=0°ではSRO(110)ではほとんど回折強度が見られず、Psi=35°付近において、回折強度が見られることから本成膜条件にて作製したものについては、SROが(111)配向していることが確認できた。また、上述記載の室温成膜+RTA処理により作製されたSROについては、Psi=0°のときにSRO(110)の回折強度が見られる。 FIG. 9 is a graph showing X-ray θ-2θ measurement data measured by shaking Psi while fixing the crystallinity of SRO constituting the oxide electrode film at 2θ = 32 °. When Psi = 0 °, almost no diffraction intensity is observed with SRO (110), but near Psi = 35 °, diffraction intensity is observed. I was able to confirm. In addition, regarding the SRO produced by the room temperature film formation + RTA process described above, the diffraction intensity of SRO (110) is observed when Psi = 0 °.
また、圧電アクチュエータとして連続動作したときに、駆動させた後の変位量が、初期変位に比べてどのくらい劣化したかを見積もったところ、PZTの配向性が非常に影響しており、(110)では変位劣化抑制において不十分である。さらにSRO膜の表面粗さを見たときに、成膜温度に影響し、室温から300℃では表面粗さが非常に小さく2[nm]以下になる。粗さについてはAFMにより測定される表面粗さ(平均粗さ)を指標としている。表面粗さとしては、非常にフラットにはなっているが結晶性が十分でなく、その後成膜したPZTの圧電アクチュエータとしての初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない。表面粗さとしては、4[nm]以上15[nm]の範囲になっていることが好ましく、6[nm]以上10[nm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲を超えると、その後成膜したPZTの絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。従って上述に示すような、結晶性や表面粗さを得るためには、成膜温度としては500[℃]以上700[℃]、好ましくは520[℃]以上600[℃]の範囲で成膜を実施している。 In addition, when the amount of displacement after being driven was estimated to be deteriorated compared to the initial displacement when continuously operating as a piezoelectric actuator, the orientation of PZT has a great influence. (110) Insufficient displacement suppression is insufficient. Further, when the surface roughness of the SRO film is observed, it affects the film forming temperature, and the surface roughness is very small from room temperature to 300 ° C. and becomes 2 [nm] or less. As for the roughness, the surface roughness (average roughness) measured by AFM is used as an index. Although the surface roughness is very flat, the crystallinity is not sufficient, and sufficient characteristics cannot be obtained with respect to initial displacement as a piezoelectric actuator of PZT formed after that and displacement deterioration after continuous driving. . The surface roughness is preferably in the range of 4 [nm] to 15 [nm], and more preferably in the range of 6 [nm] to 10 [nm]. If this range is exceeded, the dielectric breakdown voltage of the PZT deposited thereafter is very poor and leaks easily. Therefore, in order to obtain crystallinity and surface roughness as described above, the film formation temperature is 500 [° C.] to 700 [° C.], preferably 520 [° C.] to 600 [° C.]. Has been implemented.
成膜後のSrとRuの組成比については、Sr/Ruが0.82以上1.22以下であることが好ましい。この範囲から外れると比抵抗が大きくなり、電極として十分な導電性が得られなくなる。更に、SRO膜の膜厚としては、40[nm]以上150[nm]以下の範囲が好ましく、50[nm]以上80[nm]以下の範囲がさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られず、圧電膜(PZT膜)のオーバーエッチングを抑制するためのストップエッチング層としての機能も得られにくくなる。また、この膜厚範囲を超えると、その後に成膜した圧電膜(PZT膜)の絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。また、比抵抗としては、5×10−3[Ω・cm]以下になっていることが好ましく、さらに1×10−3[Ω・cm]以下になっていることがさらに好ましい。この範囲よりも大きくなると共通電極161として、配線との界面で接触抵抗が十分得られず、共通電極161として十分な電流を供給することが出来なくなり、液滴を吐出をする際に不具合が発生する。 Regarding the composition ratio of Sr and Ru after film formation, Sr / Ru is preferably 0.82 or more and 1.22 or less. If it is out of this range, the specific resistance increases, and sufficient conductivity as an electrode cannot be obtained. Furthermore, the thickness of the SRO film is preferably in the range of 40 [nm] to 150 [nm], and more preferably in the range of 50 [nm] to 80 [nm]. If the thickness is smaller than this range, sufficient characteristics cannot be obtained for initial displacement and displacement deterioration after continuous driving, and a function as a stop etching layer for suppressing over-etching of the piezoelectric film (PZT film) can also be obtained. It becomes difficult. If the thickness is exceeded, the dielectric strength of the piezoelectric film (PZT film) formed thereafter is very poor and leaks easily. Further, the specific resistance is preferably 5 × 10 −3 [Ω · cm] or less, and more preferably 1 × 10 −3 [Ω · cm] or less. If it is larger than this range, sufficient contact resistance cannot be obtained at the interface with the wiring as the common electrode 161, and sufficient current cannot be supplied as the common electrode 161, causing problems when discharging droplets. To do.
〔圧電膜(電気機械変換膜)〕
圧電膜162の材料としては、PZTを主に使用した。PZTとはジルコン酸鉛(PbTiO3)とチタン酸(PbTiO3)の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はPbZrO3とPbTiO3の比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53,Ti0.47)O3、一般PZT(53/47)と示される。PZT以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、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も可能である。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)O3、(Pb1−x,Sr)(Zr,Ti)O3、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。
[Piezoelectric film (electromechanical conversion film)]
PZT was mainly used as the material for the piezoelectric film 162. The PZT a solid solution of lead zirconate (PbTiO3) titanate (PbTiO 3), characteristics differ by the ratio. In general, the composition exhibiting excellent piezoelectric characteristics has a ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 of 53:47. When expressed by a chemical formula, Pb (Zr0.53, Ti0.47) O 3 , general PZT (53/47) It is indicated. Examples of composite oxides other than PZT include barium titanate. In this case, it is also possible to prepare a barium titanate precursor solution by dissolving barium alkoxide and a titanium alkoxide compound in a common solvent. is there. These materials are described by the general formula ABO 3 , and A = Pb, Ba, Sr, B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, and a composite oxide mainly composed of Nb. As specific description (Pb1-x, Ba) ( Zr, Ti) O3, (Pb1-x, Sr) (Zr, Ti) O 3, which was partially substituted with Ba and Sr and Pb in the A site Is the case. 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.
圧電膜162の作製方法としては、スパッタ法もしくは、ゾルゲル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、パターニング化が必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。PZTをゾルゲル法により作製した場合、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出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得ることで、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、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などの安定化剤を適量、添加してもよい。 As a method for manufacturing the piezoelectric film 162, it can be manufactured by a spin coater using a sputtering method or a sol-gel method. In that case, since patterning is required, a desired pattern is obtained by photolithography etching or the like. When PZT is produced by a sol-gel method, a PZT precursor solution can be produced by using lead acetate, zirconium alkoxide, and titanium alkoxide compounds as starting materials and dissolving them in methoxyethanol as a common solvent to obtain a uniform solution. Since the metal alkoxide compound is easily hydrolyzed by moisture in the atmosphere, an appropriate amount of a stabilizer such as acetylacetone, acetic acid or diethanolamine may be added to the precursor solution as a stabilizer.
基板14の全面に圧電膜(PZT膜)162を得る場合、スピンコートなど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100[nm]以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整が必要になる。 When the piezoelectric film (PZT film) 162 is obtained on the entire surface of the substrate 14, 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 precursor concentration so that a film thickness of 100 nm or less can be obtained in one step in order to obtain a crack-free film. Become.
圧電膜162の膜厚としては0.5[μm]以上5[μm]以下の範囲が好ましく、1[μm]以上2[μm]以下の範囲がより好ましい。この範囲より小さいと十分な変形(変位)を発生することができなくなり、この範囲より大きいと何層も積層させていくため、工程数が多くなりプロセス時間が長くなる。
また、圧電膜162の比誘電率としては600以上2000以下の範囲になっていることが好ましく、さらに1200以上1600以下の範囲になっていることが好ましい。このとき、この範囲よりも小さいときには十分な変形(変位)特性が得られなかったり、この範囲より大きくなると、分極処理が十分行われず、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する。
The film thickness of the piezoelectric film 162 is preferably in the range of 0.5 [μm] to 5 [μm], and more preferably in the range of 1 [μm] to 2 [μm]. If it is smaller than this range, it will not be possible to generate sufficient deformation (displacement), and if it is larger than this range, many layers will be laminated, resulting in an increase in the number of steps and a longer process time.
The relative dielectric constant of the piezoelectric film 162 is preferably in the range of 600 to 2000, and more preferably in the range of 1200 to 1600. At this time, if it is smaller than this range, sufficient deformation (displacement) characteristics cannot be obtained, or if it exceeds this range, polarization processing is not performed sufficiently, and sufficient characteristics cannot be obtained for displacement deterioration after continuous driving. Such a problem occurs.
〔個別電極(第2の駆動電極)〕
個別電極(第2の駆動電極)163としては、金属もしくは酸化物と金属からなっていることが好ましい。以下に酸化物電極膜及び金属電極膜の詳細について記載する。
[Individual electrode (second drive electrode)]
The individual electrode (second drive electrode) 163 is preferably made of a metal or an oxide and a metal. Details of the oxide electrode film and the metal electrode film are described below.
〔酸化物電極膜〕
酸化物電極膜の材料等については、前述の共通電極(第1の駆動電極)161で使用した酸化物電極膜について記載したものと同様なものを挙げることができる。酸化物電極膜(SRO膜)の膜厚としては、20[nm]以上80[nm]以下の範囲が好ましく、40[nm]以上60[nm]以下の範囲がさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと初期変形(変位)や変形(変位)の劣化特性については十分な特性が得られない。また、この範囲を超えると、その後に成膜した圧電膜(PZT膜)の絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。
[Oxide electrode film]
Examples of the material for the oxide electrode film include the same materials as those described for the oxide electrode film used in the common electrode (first drive electrode) 161 described above. The thickness of the oxide electrode film (SRO film) is preferably in the range of 20 [nm] to 80 [nm], and more preferably in the range of 40 [nm] to 60 [nm]. If the thickness is less than this range, sufficient characteristics cannot be obtained for the deterioration characteristics of initial deformation (displacement) and deformation (displacement). On the other hand, if it exceeds this range, the dielectric breakdown voltage of the piezoelectric film (PZT film) formed thereafter is very poor and leaks easily.
〔金属電極膜〕
金属電極膜の材料等については、前述の共通電極(第1の駆動電極)161で使用した金属電極膜について記載したものと同様なものを挙げることができる。金属電極膜とで記載しており、膜厚としては30[nm]以上200[nm]以下の範囲が好ましく、50[nm]以上120[nm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より薄い場合においては、個別電極163として十分な電流を供給することができなくなり、液滴を吐出する際に不具合が発生する。また、上記範囲より厚いと、白金族元素の高価な材料を使用する場合にコストアップとなる。また、白金を材料とした場合に膜厚を厚くしていたったときに表面粗さが大きくなり、絶縁保護膜を介して配線などを作製する際に、膜剥がれ等のプロセス不具合が発生しやすくなる。
[Metal electrode film]
Examples of the material of the metal electrode film include the same materials as those described for the metal electrode film used in the common electrode (first drive electrode) 161 described above. The film thickness is described as a metal electrode film, and the film thickness is preferably in the range of 30 [nm] to 200 [nm], and more preferably in the range of 50 [nm] to 120 [nm]. When the thickness is smaller than this range, a sufficient current cannot be supplied as the individual electrode 163, and a problem occurs when a droplet is ejected. On the other hand, when the thickness is larger than the above range, the cost increases when an expensive material of a platinum group element is used. In addition, when platinum is used as the material, the surface roughness increases when the film thickness is increased, and process defects such as film peeling are likely to occur when wiring is formed through an insulating protective film. .
〔第1の絶縁保護膜〕
成膜・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、第1の絶縁保護膜18の材料は緻密な無機材料とする必要がある。また、第1の絶縁保護膜18として有機材料を用いる場合は、十分な保護性能を得るために膜厚を厚くする必要があるため、適さない。第1の絶縁保護膜18を厚い膜とした場合、振動板15の振動を著しく阻害してしまうため、吐出性能の低い液滴吐出ヘッドになってしまう。薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物,窒化物,炭化膜を用いるのが好ましいが、第1の絶縁保護膜18の下地となる電極材料、圧電体材料及び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、第1の絶縁保護膜18の成膜法も、圧電素子16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。第1の絶縁保護膜18の好ましい成膜方法としては、蒸着法、ALD法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。好ましい材料としては、Al2O3,ZrO2,Y2O3,Ta2O3,TiO2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することができる。
[First insulating protective film]
Since it is necessary to select a material that prevents the moisture in the atmosphere from permeating while preventing damage to the piezoelectric element due to the film formation / etching process, the material of the first insulating protective film 18 needs to be a dense inorganic material. There is. Further, when an organic material is used as the first insulating protective film 18, it is not suitable because it is necessary to increase the film thickness in order to obtain sufficient protection performance. If the first insulating protective film 18 is a thick film, the vibration of the diaphragm 15 is remarkably hindered, resulting in a droplet discharge head with low discharge performance. In order to obtain high protection performance with a thin film, it is preferable to use an oxide, nitride, or carbonized film. However, the electrode material, the piezoelectric material, and the diaphragm material serving as the base of the first insulating protective film 18 have adhesiveness. It is necessary to select a high material. In addition, it is necessary to select a film forming method that does not damage the piezoelectric element 16 as a method for forming the first insulating protective film 18. 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 a preferable film formation method for the first insulating protective film 18 include a vapor deposition method and an ALD method, but an ALD method with a wide range of materials that can be used is preferable. As a preferable material, 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.
第1の絶縁保護膜18の膜厚は、圧電素子16の保護性能を確保できる十分な薄膜とする必要があると同時に、振動板15の変形(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。第1の絶縁保護膜18の膜厚は、20[nm]以上100[nm]以下の範囲が好ましい。100[nm]より厚い場合は、振動板15の変形(変位)量が低下するため、吐出効率の低い液滴吐出ヘッドとなる。一方、20[nm]より薄い場合は、圧電素子16の保護層としての機能が不足してしまうため、圧電素子16の性能が前述の通り低下してしまう。 The film thickness of the first insulating protective film 18 needs to be a thin film enough to ensure the protection performance of the piezoelectric element 16 and at the same time as thin as possible so as not to inhibit the deformation (displacement) of the diaphragm 15. There is a need. The film thickness of the first insulating protective film 18 is preferably in the range of 20 [nm] to 100 [nm]. When the thickness is greater than 100 [nm], the deformation (displacement) amount of the vibration plate 15 is reduced, so that a droplet discharge head with low discharge efficiency is obtained. On the other hand, when the thickness is smaller than 20 [nm], the function of the piezoelectric element 16 as a protective layer is insufficient, so that the performance of the piezoelectric element 16 is deteriorated as described above.
また、第1の絶縁保護膜18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15の振動を著しく阻害しないように個別電極(第2の駆動電極)163付近において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。この場合、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、また、半導体デバイスで一般的に用いられるSiO2を用いることもできる。2層の第1の絶縁保護膜18の成膜は任意の手法を用いることができ、例えばCVD法、スパッタリング法等が例示できる。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共通電極(下部電極)161と個別電極の配線22との間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。すなわち第1の絶縁保護膜18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、第1の絶縁保護膜18の下地の表面性やピンホール等を考慮すると、第1の絶縁保護膜18の膜厚は200[nm]以上必要であり、さらに好ましくは500[nm]以上である。 Further, a configuration in which the first insulating protective film 18 has two layers is also conceivable. In this case, in order to increase the thickness of the second insulating protective film, the second insulating protective film is opened in the vicinity of the individual electrode (second driving electrode) 163 so as not to significantly inhibit the vibration of the diaphragm 15. Can also be mentioned. In this case, as the second insulating protective film, any oxide, nitride, carbide or a composite compound thereof can be used, and SiO 2 generally used in semiconductor devices can also be used. . Arbitrary methods can be used for forming the two-layer first insulating protective film 18, and examples thereof include a CVD method and a sputtering method. 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 a voltage applied between the common electrode (lower electrode) 161 and the wiring 22 of the individual electrode. That is, it is necessary to set the electric field strength applied to the first insulating protective film 18 within a range not causing dielectric breakdown. Furthermore, in consideration of the surface property of the base of the first insulating protective film 18 and pinholes, the film thickness of the first insulating protective film 18 needs to be 200 [nm] or more, more preferably 500 [nm] or more. It is.
〔配線、パッド電極〕
配線20、22及びパッド電極19、21の材料は、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。これらの電極の作製方法としては、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[μm]以上20[μm]以下の範囲が好ましく、0.2[μm]以上10[μm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より小さいと抵抗が大きくなり電極に十分な電流を流すことができなくなりヘッド吐出が不安定になる。一方、この範囲より大きいとプロセス時間が長くなる。また、共通電極161及び個別電極163に接続されるコンタクトホール部(例えば10[μm]×10[μm])での接触抵抗としては、共通電極161に対して10[Ω]以下、個別電極163に対して1[Ω]以下が好ましい。さらに好ましくは、共通電極161に対して5[Ω]以下、個別電極163に対して0.5[Ω]以下である。この範囲を超えると十分な電流を供給することができなくなり、液滴を吐出をする際に不具合が発生する。
[Wiring, pad electrode]
The material of the wirings 20 and 22 and the pad electrodes 19 and 21 is preferably a metal electrode material made of any one of an Ag alloy, Cu, Al, Au, Pt, and Ir. As a method for manufacturing these electrodes, 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 in the range of 0.1 [μm] to 20 [μm], and more preferably in the range of 0.2 [μm] to 10 [μm]. If it is smaller than this range, the resistance becomes large, and a sufficient current cannot flow through the electrodes, making the head ejection unstable. On the other hand, if it is larger than this range, the process time becomes longer. The contact resistance at the contact hole portion (for example, 10 [μm] × 10 [μm]) connected to the common electrode 161 and the individual electrode 163 is 10 [Ω] or less with respect to the common electrode 161, and the individual electrode 163. Is preferably 1 [Ω] or less. More preferably, it is 5 [Ω] or less for the common electrode 161 and 0.5 [Ω] or less for the individual electrode 163. If it exceeds this range, it will not be possible to supply a sufficient current, and problems will occur when discharging droplets.
〔第2の絶縁保護膜〕
第2の絶縁保護膜23としての機能は、共通電極用の第1の配線20や個別電極用の第2の配線22の保護層としての機能を有するパシベーション層である。前述の図3及び図4に示したように、個別電極163の引き出し部(開口部23a)と図示しない共通電極161の引き出し部とを除き、個別電極163及び共通電極161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滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)とすることができる。第2の絶縁保護膜23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、パターニングに適さない。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Si3N4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。また、膜厚は200[nm]以上とすることが好ましく、さらに好ましくは500[nm]以上である。膜厚が薄い場合は十分なパシベーション機能を発揮できないため、配線材料の腐食による断線が発生し、インクジェットの信頼性を低下させてしまう。
[Second insulating protective film]
The function as the second insulating protective film 23 is a passivation layer having a function as a protective layer for the first wiring 20 for the common electrode and the second wiring 22 for the individual electrode. As shown in FIGS. 3 and 4 described above, the individual electrode 163 and the common electrode 161 are covered except for the lead-out portion (opening 23a) of the individual electrode 163 and the lead-out portion of the common electrode 161 (not shown). Thereby, an inexpensive Al or an alloy material containing Al as a main component can be used as the electrode material. As a result, a low-cost and highly reliable droplet discharge head (inkjet head) can be obtained. As a material of the second insulating protective film 23, 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 for patterning because it needs to be 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. The film thickness is preferably 200 [nm] or more, and more preferably 500 [nm] or more. When the film thickness is thin, a sufficient passivation function cannot be exhibited, so that disconnection due to corrosion of the wiring material occurs, and the reliability of the ink jet is lowered.
また、圧電素子16上とその周囲の振動板15上に開口部をもつ構造が好ましい。これは、前述の第1の絶縁保護膜18の個別液室に対応した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滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)とすることが可能になる。絶縁保護膜18、23で圧電素子16が保護されているため、第2の絶縁保護膜23の開口部の形成には、フォトリソグラフィー法とドライエッチングを用いることができる。また、パッド電極19,21の面積については、50×50[μm2]以上になっていることが好ましく、さらに100×300[μm2]以上になっていることが好ましい。この値に満たない場合は、十分な分極処理ができなくなり、連続駆動後の変形(変位)劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する。 Further, a structure having openings on the piezoelectric element 16 and the surrounding diaphragm 15 is preferable. This is the same reason that the region corresponding to the individual liquid chamber of the first insulating protective film 18 is thinned. As a result, a highly efficient and highly reliable droplet discharge head (inkjet head) can be obtained. Since the piezoelectric element 16 is protected by the insulating protective films 18 and 23, the opening of the second insulating protective film 23 can be formed by photolithography and dry etching. The area of the pad electrodes 19 and 21 is preferably 50 × 50 [μm 2 ] or more, and more preferably 100 × 300 [μm 2 ] or more. When the value is less than this value, sufficient polarization processing cannot be performed, and there is a problem that sufficient characteristics cannot be obtained with respect to deformation (displacement) deterioration after continuous driving.
次に、本実施形態の液滴吐出ヘッドの製造方法における放電を用いた分極処理のより具体的な実施例について説明する。
<実施例1、2>
まず、前述の図5に基づいて、実施例1、2について説明する。
本実施例1、2では、下地基板14としての6インチシリコンウェハに熱酸化膜(膜厚1[μm])を形成し、共通電極(第1の駆動電極)161を形成した。まず、共通電極161の密着膜として、チタン膜(膜厚30[nm])をスパッタ装置にて成膜した後、RTAを用いて750[℃]にて熱酸化した。引き続き、金属膜として白金膜(膜厚100[nm])、酸化物膜としてSrRuO膜(膜厚60[nm])をスパッタ成膜した。スパッタ成膜時の基板加熱温度については550[℃]にて成膜を実施した。
Next, a more specific example of the polarization process using discharge in the manufacturing method of the droplet discharge head of the present embodiment will be described.
<Examples 1 and 2>
First, Embodiments 1 and 2 will be described with reference to FIG.
In Examples 1 and 2, a thermal oxide film (film thickness: 1 [μm]) was formed on a 6-inch silicon wafer as the base substrate 14, and a common electrode (first drive electrode) 161 was formed. First, after forming a titanium film (film thickness 30 [nm]) as an adhesion film of the common electrode 161 with a sputtering apparatus, thermal oxidation was performed at 750 [° C.] using RTA. Subsequently, a platinum film (film thickness 100 [nm]) as a metal film and an SrRuO film (film thickness 60 [nm]) as an oxide film were formed by sputtering. Film formation was performed at a substrate heating temperature of 550 [° C.] during the sputtering film formation.
次に、圧電膜(素子電気機械変換膜)163を形成した。まず、Pb:Zr:Ti=114:53:47に調整された溶液を準備し、スピンコート法により膜を成膜した。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。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前駆体溶液のPZT濃度は0.5モル/リットルした。このPZT前駆体溶液を用いて、スピンコートにより成膜し、その成膜後、120[℃]での乾燥と500[℃]での熱分解とを行った。3層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理(温度750[℃])をRTA(急速熱処理)にて行った。このときPZTの膜厚は240[nm]であった。この工程を合計8回(24層)実施し、約2[μm]のPZT膜厚を得た。 Next, a piezoelectric film (element electromechanical conversion film) 163 was formed. First, a solution adjusted to Pb: Zr: Ti = 114: 53: 47 was prepared, and a film was formed by spin coating. 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. 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 of this PZT precursor solution was 0.5 mol / liter. Using this PZT precursor solution, a film was formed by spin coating, and after the film formation, drying at 120 [° C.] and thermal decomposition at 500 [° C.] were performed. After thermal decomposition treatment of the third layer, crystallization heat treatment (temperature 750 [° C.]) was performed by RTA (rapid heat treatment). 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 thickness of about 2 [μm].
次に、個別電極(第2の駆動電極)163を形成した。まず、個別電極163の酸化物膜として、SrRuO膜(膜厚40[nm])、金属膜としてPt膜(膜厚125[nm])をスパッタ成膜した。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法でレジストパターンを形成した後、ICPエッチング装置(サムコ社製)を用いて、前述の図4に示すようなパターンを作製した。 Next, an individual electrode (second drive electrode) 163 was formed. First, an SrRuO film (film thickness 40 [nm]) was formed as an oxide film of the individual electrode 163, and a Pt 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 a spin coat method, a resist pattern is formed by a normal photolithography method, and then the above-described FIG. 4 is used by using an ICP etching apparatus (manufactured by Samco). A pattern as shown was prepared.
次に、第1の絶縁保護膜18として、ALD工法を用いてAl2O3膜を50[nm]成膜した。このとき、Alの原材料としてはTMA(シグマアルドリッチ社)、Oの原材料としてはオゾンジェネレーターによって発生させたO3を用い、AlとOとを交互に積層させることで成膜を進めた。その後、図3及び図4に示すように、エッチングによりコンタクトホール部18aを形成した。その後、配線及びパッド電極としてAlをスパッタ成膜し、エッチングによりパターニング形成し、第2の絶縁保護膜23としてSi3N4をプラズマCVDにより500[nm]成膜し、圧電素子(電気機械変換素子)16を作製した。このとき、6インチウェハ内の30[mm]×10[mm]四方のエリアを25個配置した。この25個のエリアそれぞれは、300個の個別電極用のパッド電極21を有し、1列が150個のパッド電極21が2列になった2列構成となっている。 Next, as the first insulating protective film 18, an Al 2 O 3 film having a thickness of 50 [nm] was formed using an ALD method. At this time, TMA (Sigma Aldrich) was used as the Al raw material, and O 3 generated by an ozone generator was used as the O raw material, and the film formation was advanced by alternately laminating Al and O. Thereafter, as shown in FIGS. 3 and 4, a contact hole portion 18a was formed by etching. Thereafter, Al is sputtered as wiring and pad electrodes, patterned by etching, and Si 3 N 4 is deposited as a second insulating protective film 23 by plasma CVD to a thickness of 500 [nm]. Element 16) was produced. At this time, 25 areas of 30 [mm] × 10 [mm] in a 6-inch wafer were arranged. Each of the 25 areas has 300 pad electrodes 21 for individual electrodes, and each row has a two-row configuration in which 150 pad electrodes 21 are two rows.
以上のように作製した圧電素子(電気機械変換素子)16を含むアクチュエータ基板25に対して、共通液室の一部を形成する開口部26bや圧電素子駆動ICを配置するための開口部26c等を設けたサブフレーム26を接着接合した。サブフレーム26はシリコンウェハを活用し作製し、サブフレーム26の表面には熱酸化膜を形成した。 For the actuator substrate 25 including the piezoelectric element (electromechanical conversion element) 16 manufactured as described above, an opening 26b for forming a part of the common liquid chamber, an opening 26c for disposing the piezoelectric element driving IC, and the like. The sub-frame 26 provided with was bonded by bonding. The subframe 26 was manufactured using a silicon wafer, and a thermal oxide film was formed on the surface of the subframe 26.
本実施例1、2では圧電素子駆動ICをアクチュエータ基板25上に実装する構成としている。圧電素子駆動用ICを直接アクチュエータ基板25上に実装することにより、実装スペースを小さくできるため、シリコンウェハからのアクチュエータ基板の取れ数を拡大でき、低コスト化が可能となる。 In the first and second embodiments, the piezoelectric element driving IC is mounted on the actuator substrate 25. Since the mounting space can be reduced by mounting the piezoelectric element driving IC directly on the actuator substrate 25, the number of actuator substrates that can be removed from the silicon wafer can be increased, and the cost can be reduced.
また、本実施例1、2では、圧電素子駆動用ICの端子に接続されるアクチュエータ基板25上の複数の個別電極用のパッド電極21の列の端部に隣接する位置に、ダミーパッド電極35が形成されている。このダミーパッド電極35は、液滴吐出部(駆動チャネル)を構成する個別電極用のパッド電極21と同一列上に形成されている。すなわち、ダミーパッド電極35は、複数の個別電極用のパッド電極21の列に沿って個別電極用のパッド電極21の間隔と同じ間隔で、個別電極用のパッド電極21の列の端部に隣接する位置に設けられている。また、ダミーパッド電極35は、個別電極用のパッド電極21と同じ面積を有している。 In the first and second embodiments, the dummy pad electrode 35 is positioned adjacent to the end of the row of the pad electrodes 21 for the individual electrodes on the actuator substrate 25 connected to the terminal of the piezoelectric element driving IC. Is formed. The dummy pad electrode 35 is formed on the same column as the pad electrode 21 for the individual electrode constituting the droplet discharge portion (drive channel). That is, the dummy pad electrodes 35 are adjacent to the end portions of the individual electrode pad electrodes 21 at the same interval as the individual electrode pad electrodes 21 along the plurality of individual electrode pad electrode 21 columns. It is provided in the position to do. The dummy pad electrode 35 has the same area as the pad electrode 21 for individual electrodes.
更に、本実施例1、2では、ダミーパッド電極35に、配線を介して、電荷蓄積素子であるダミーの電気機械変換素子としてのダミー圧電素子40が接続されている。このダミー圧電素子40は、液滴吐出部(駆動チャネル)を構成する圧電素子16と同一列上に形成されている。すなわち、ダミー圧電素子40は、複数の圧電素子16の列に沿って圧電素子16の間隔と同じ間隔で、圧電素子16の列の端部に隣接する位置に設けられている。また、ダミー圧電素子40は、圧電素子16と同じ面積を有している。 Further, in the first and second embodiments, a dummy piezoelectric element 40 as a dummy electromechanical conversion element that is a charge storage element is connected to the dummy pad electrode 35 via a wiring. The dummy piezoelectric elements 40 are formed on the same column as the piezoelectric elements 16 constituting the droplet discharge portion (drive channel). That is, the dummy piezoelectric elements 40 are provided at positions adjacent to the end portions of the rows of the piezoelectric elements 16 at the same intervals as the intervals of the piezoelectric elements 16 along the rows of the plurality of piezoelectric elements 16. The dummy piezoelectric element 40 has the same area as the piezoelectric element 16.
また、本実施例1、2では、個別電極用のパッド電極21と同様に、ダミーパッド電極35上にバンプ電極27が形成されている。このバンプ電極27の材料は金であることが望ましく、更には金スタッドバンプとすることで更にコストダウンが図れる。この金スタッドバンプとする効果は、アクチュエータ基板25の面積に対してバンプ電極が形成されている面積が小さく、めっき工法による金メッキバンプでは工程及び材料の損失コストが大きくなるためである。 In the first and second embodiments, the bump electrode 27 is formed on the dummy pad electrode 35 in the same manner as the pad electrode 21 for the individual electrode. The material of the bump electrode 27 is preferably gold. Further, the cost can be further reduced by using a gold stud bump. The effect of the gold stud bump is that the area where the bump electrode is formed is smaller than the area of the actuator substrate 25, and the gold plating bump by the plating method increases the cost of process and material loss.
また、コロナ放電等による分極処理前に、個別電極用のパッド電極21及びダミーパッド電極35それぞれにバンプ電極を形成することは、次のような効果もある。すなわち、圧電素子駆動用ICの高密度実装化に伴い、個別電極用のパッド電極21の面積が非常に小さくなる。これに対してコロナ放電等による分極処理を行おうとすると、個別電極用のパッド電極21と共通電極用のパッド電極19に所定の電荷を注入する必要がある。ここで、個別電極用のパッド電極21上にバンプ電極27を形成することで、パッド電極21の表面積を大きくすることができるため、安定した分極処理を実施することができるようになる。 Forming bump electrodes on the individual electrode pad electrode 21 and the dummy pad electrode 35 before the polarization treatment by corona discharge or the like has the following effects. That is, the area of the pad electrode 21 for an individual electrode becomes very small as the piezoelectric element driving IC is mounted with high density. On the other hand, when a polarization process such as corona discharge is performed, it is necessary to inject a predetermined charge into the pad electrode 21 for the individual electrode and the pad electrode 19 for the common electrode. Here, by forming the bump electrode 27 on the pad electrode 21 for the individual electrode, the surface area of the pad electrode 21 can be increased, so that a stable polarization process can be performed.
なお、実施例1は、個別電極用のパッド電極21上にバンプ電極27を形成しない実施例であり、実施例2は、個別電極用のパッド電極21上にバンプ電極27を形成する実施例である。 The first embodiment is an embodiment in which the bump electrode 27 is not formed on the pad electrode 21 for the individual electrode, and the second embodiment is an embodiment in which the bump electrode 27 is formed on the pad electrode 21 for the individual electrode. is there.
上記実施例1,2のダミーパッド電極35及びダミー圧電素子40を有する構成の効果を確認するために、表1に示す実施例1,2のアクチュエータ基板と比較例のアクチュエータ基板について分極処理の実験を行った。本実験に用いたコロナ放電による帯電処理装置の構成はスコロトロン方式を採用し、φ50[μm]のタングステンのコロナワイヤに対して8[kV]の電圧を印加し、グリッド電極に対して2.5[kV]の電圧を印加し、30秒間処理を行った。評価項目は、次の(1)及び(2)の2項目である。
(1)コロナ放電の分極処理による圧電素子16の上下電極間の絶縁破壊発生の有無
(2)分極量差(Pr−Pini)
In order to confirm the effect of the configuration including the dummy pad electrode 35 and the dummy piezoelectric element 40 of the first and second embodiments, the polarization processing experiment was performed on the actuator substrate of the first and second embodiments and the actuator substrate of the comparative example shown in Table 1. Went. The structure of the charging apparatus using corona discharge used in this experiment employs a scorotron system, a voltage of 8 [kV] is applied to a corona wire of φ 50 [μm], and 2.5 to the grid electrode. A voltage of [kV] was applied and the treatment was performed for 30 seconds. The evaluation items are the following two items (1) and (2).
(1) Presence or absence of dielectric breakdown between the upper and lower electrodes of the piezoelectric element 16 due to the polarization treatment of corona discharge (2) Polarization amount difference (Pr-Pini)
表1の実施例1、2では、個別電極用のパッド電極21の同一列上にダミーパッド電極35を形成し、ダミーパッド電極35とダミー圧電素子40とを結線した。これにより、個別電極用のパッド電極21が結線されている個別電極163への電荷集中を抑えられ、液滴吐出部(駆動チャネル)の圧電素子16での絶縁破壊を防止できた。但し、ダミーパッド電極35には電荷注入が集中するため、ダミー圧電素子40には絶縁破壊が発生した。この絶縁破壊部を起点にダミーー圧電素子40にクラックが発生したが、未駆動チャネルの圧電素子のため品質上は問題がない。また、実施例2のように個別電極用のパッド電極21にバンプ電極27を形成することで、パッド電極21への電荷注入量を多くでき、前述の分極量差(Pr−Pini)を小さくすることができた。 In Examples 1 and 2 in Table 1, a dummy pad electrode 35 is formed on the same row of pad electrodes 21 for individual electrodes, and the dummy pad electrode 35 and the dummy piezoelectric element 40 are connected. As a result, charge concentration on the individual electrode 163 to which the pad electrode 21 for the individual electrode is connected can be suppressed, and insulation breakdown in the piezoelectric element 16 of the droplet discharge portion (drive channel) can be prevented. However, since the charge injection concentrates on the dummy pad electrode 35, the dielectric breakdown occurs in the dummy piezoelectric element 40. Although cracks occurred in the dummy piezoelectric element 40 starting from this dielectric breakdown part, there is no problem in quality because the piezoelectric element is an undriven channel. Further, by forming the bump electrode 27 on the pad electrode 21 for the individual electrode as in the second embodiment, the amount of charge injection into the pad electrode 21 can be increased, and the aforementioned polarization amount difference (Pr-Pini) is reduced. I was able to.
<実施例3>
次に、図10を用いて、実施例3について説明する。
本実施例3では、以下の点を除き、実施例1、2と同様に液滴吐出ヘッドを作製した。
上記構成の液滴吐出ヘッドを用いたインクジェット方式の画像形成装置では、印刷速度の向上等を狙いとして、多ノズル化が求められており、液滴吐出ヘッドの長尺化が進んでいる。この多ノズル及び液滴吐出ヘッドの長尺を実現するには、複数の圧電素子駆動用ICを同一列上に実装することが必要である。そのため、圧電素子駆動用ICの実装精度および実装エリア50の確保のため、圧電素子駆動用ICのつなぎ部51では、個別電極用のパッド電極間は距離が離れることとなる。この不連続部となるつなぎ部51の個別電極用のパッド電極にはコロナ放電等による分極処理時に電荷が集中するため、絶縁破壊が発生しやすい。
<Example 3>
Next, Example 3 will be described with reference to FIG.
In Example 3, a droplet discharge head was manufactured in the same manner as in Examples 1 and 2 except for the following points.
In an ink jet type image forming apparatus using a droplet discharge head having the above-described configuration, an increase in the number of nozzles is required for the purpose of improving the printing speed, and the droplet discharge head is becoming longer. In order to realize the long length of the multi-nozzle and the droplet discharge head, it is necessary to mount a plurality of piezoelectric element driving ICs on the same row. Therefore, in order to secure the mounting accuracy of the piezoelectric element driving IC and the mounting area 50, the distance between the pad electrodes for the individual electrodes is increased in the connecting portion 51 of the piezoelectric element driving IC. Since electric charges are concentrated on the pad electrode for the individual electrode of the connecting portion 51 which becomes the discontinuous portion during the polarization treatment by corona discharge or the like, dielectric breakdown is likely to occur.
そこで、本実施例3では、個々の圧電素子駆動用ICが接続されている複数の実装エリア50間のつなぎ部51において、個別電極用のパッド電極21に隣接している位置にダミーパッド電極36を設けている。ダミーパッド電極36は、個別電極用のパッド電極21と同一列上に、個別電極用のパッド電極21のピッチと同じピッチで形成し、ダミー圧電素子41と結線されている。
ダミー圧電素子41は、レイアウト上、液滴吐出部(駆動チャネル)の圧電素子16と同一列上に形成することはできず、この圧電素子16の列上から外れた位置に配置されている。また、ダミー圧電素子41は形状の制約はなく、静電容量が同じになるように対向面積が液滴吐出部(駆動チャネル)の圧電素子16と同一になるように設定されていることが好ましい。静電容量が同じになるように面積をそろえることで、コロナ放電等による分極処理時の電荷注入プロファイルを液滴吐出部(駆動チャネル)とそろえることができ、列内での分極量差(Pr−Pini
)のばらつきを抑えることができる。
Therefore, in the third embodiment, the dummy pad electrode 36 is positioned adjacent to the individual electrode pad electrode 21 in the connecting portion 51 between the plurality of mounting areas 50 to which the individual piezoelectric element driving ICs are connected. Is provided. The dummy pad electrodes 36 are formed on the same column as the individual electrode pad electrodes 21 at the same pitch as the individual electrode pad electrodes 21 and are connected to the dummy piezoelectric elements 41.
The dummy piezoelectric elements 41 cannot be formed on the same column as the piezoelectric elements 16 of the droplet discharge section (drive channel) in terms of layout, but are disposed at positions away from the columns of the piezoelectric elements 16. The dummy piezoelectric element 41 is not limited in shape, and is preferably set so that the facing area is the same as that of the piezoelectric element 16 of the droplet discharge portion (drive channel) so that the electrostatic capacitance is the same. . By aligning the areas so that the capacitances are the same, the charge injection profile during polarization processing by corona discharge or the like can be aligned with the droplet discharge portion (drive channel), and the polarization amount difference (Pr) within the column -Pini
) Can be suppressed.
ここで、圧電素子駆動用IC間のダミー圧電素子41の直下は液室加工を施していない。これは、同一列以外の箇所で液室加工を施すと、液室を構成しているシリコンの応力分布が不均一となるためである。液室13を構成しているシリコンの応力分布が不均一になると、振動板15の一部に応力が加わるため、圧電素子16の変形(変位)特性のばらつきを発生させてしまう。 Here, liquid chamber processing is not performed immediately below the dummy piezoelectric element 41 between the piezoelectric element driving ICs. This is because if the liquid chamber processing is performed at a place other than the same row, the stress distribution of silicon constituting the liquid chamber becomes non-uniform. If the stress distribution of the silicon constituting the liquid chamber 13 becomes non-uniform, stress is applied to a part of the diaphragm 15, which causes variations in deformation (displacement) characteristics of the piezoelectric element 16.
本実施例3では、上記構成により試作評価した結果、実施例2と同様に圧電素子駆動用ICのつなぎ部51の液滴吐出部(駆動チャネル)においても絶縁破壊を発生することなく、安定した分極量差が得られることを確認した。 In the third embodiment, as a result of the trial evaluation with the above configuration, as in the second embodiment, the droplet discharge portion (drive channel) of the connecting portion 51 of the piezoelectric element driving IC was stable without causing dielectric breakdown. It was confirmed that a polarization amount difference was obtained.
次に、図11を用いて、実施例4について説明する。
本実施例4では、以下の点を除き、実施例1、2と同様に液滴吐出ヘッドを作製した。
本実施例4では、圧電素子駆動用IC間のつなぎ部51に、ダミーパッド電極36を4個連続して形成し、このダミーパッド電極36の数に比例して、4個のダミーパッド電極36が接続された単一のダミー圧電素子42の面積を4倍にして共通で接続している。ダミー圧電素子42を共通化することで個別に設けるよりも設置面積を小さくすることができる。従って、アクチュエータ基板25が形成されるチップの面積を小さくして小型化を図ることができる。また、微小面積内でのダミーパッド電極36の個数を増加させることができるので、列内における圧電素子間の分極量差のばらつきをより確実に低減できる。
Next, Example 4 will be described with reference to FIG.
In Example 4, a droplet discharge head was manufactured in the same manner as Examples 1 and 2 except for the following points.
In the fourth embodiment, four dummy pad electrodes 36 are continuously formed in the connecting portion 51 between the piezoelectric element driving ICs, and the four dummy pad electrodes 36 are proportional to the number of the dummy pad electrodes 36. Are connected in common by quadrupling the area of a single dummy piezoelectric element 42 connected to each other. By sharing the dummy piezoelectric element 42, the installation area can be reduced as compared with the case where the dummy piezoelectric element 42 is provided individually. Therefore, the chip area on which the actuator substrate 25 is formed can be reduced and the size can be reduced. In addition, since the number of dummy pad electrodes 36 within a very small area can be increased, the variation in the polarization amount difference between the piezoelectric elements in the row can be more reliably reduced.
以上、上記実施例1〜4で作製した液滴吐出ヘッド10を用いて液吐出評価を行った。粘度を5[cp]に調整したインクを用いて、単純プッシュ波形により−3〜−20[V]の電圧を印加したときの吐出状況を確認したところ、全てのノズル孔11からインク液滴を安定してた吐出できていることを確認した。 As described above, the liquid discharge evaluation was performed using the droplet discharge head 10 manufactured in Examples 1 to 4 described above. Using an ink whose viscosity is adjusted to 5 [cp], and confirming the discharge state when a voltage of −3 to −20 [V] is applied by a simple push waveform, ink droplets are discharged from all the nozzle holes 11. It was confirmed that stable ejection was possible.
<実施例5>
次に、図12を用いて、実施例5について説明する。
本実施例5では、以下の点を除き、実施例1、2と同様に液滴吐出ヘッドを作製した。
本実施例5では、複数の個別電極用のパッド電極21の列の端部に隣接する位置に形成されているダミーパッド電極35が、配線37を介してグラウンド(GND)配線38に接続されている。
また、本実施例5では、コロナ放電による分極処理において、φ50[μm]のタングステンのコロナワイヤを用い、コロナワイヤと処理対象のサンプル(アクチュエータ基板)と間の距離を5[mm]に設定し、コロナワイヤに6[kV]の電圧を印加し、サンプル(アクチュエータ基板)に対して20分間、分極処理を行った。
<Example 5>
Next, Example 5 will be described with reference to FIG.
In Example 5, a droplet discharge head was produced in the same manner as in Examples 1 and 2 except for the following points.
In the fifth embodiment, the dummy pad electrode 35 formed at a position adjacent to the end of the row of the plurality of individual electrode pad electrodes 21 is connected to the ground (GND) wiring 38 via the wiring 37. Yes.
Further, in Example 5, in the polarization treatment by corona discharge, a φ50 [μm] tungsten corona wire is used, and the distance between the corona wire and the sample to be processed (actuator substrate) is set to 5 [mm]. A voltage of 6 [kV] was applied to the corona wire, and the sample (actuator substrate) was subjected to polarization treatment for 20 minutes.
<実施例6>
本実施例6では、コロナ放電を用いた分極処理において、コロナワイヤに8[kV]の電圧を印加し、サンプル(アクチュエータ基板)に対して20分間、分極処理を行った以外は、実施例5と同様な圧電素子を含むアクチュエータ基板25を作製した。
<Example 6>
In this Example 6, in the polarization process using corona discharge, a voltage of 8 [kV] was applied to the corona wire, and the sample (actuator substrate) was subjected to the polarization process for 20 minutes. An actuator substrate 25 including a piezoelectric element similar to that shown in FIG.
<実施例7>
本実施例7では、コロナ放電を用いた分極処理において、コロナワイヤに6[kV]の電圧を印加し、サンプル(アクチュエータ基板)に対して1分間、分極処理を行った以外は、実施例5と同様な圧電素子を含むアクチュエータ基板25を作製した。
<実施例8>
本実施例8では、図13に示すようにグラウンド(GND)配線38’をパターニングしてダミーパッド電極35の直下まで引き出して配置した以外は、実施例5と同様な圧電素子を含むアクチュエータ基板25を作製した。
<Example 7>
In this example 7, in the polarization process using corona discharge, a voltage of 6 [kV] was applied to the corona wire and the sample (actuator substrate) was subjected to the polarization process for 1 minute. An actuator substrate 25 including a piezoelectric element similar to that shown in FIG.
<Example 8>
In the eighth embodiment, as shown in FIG. 13, the actuator substrate 25 including the piezoelectric element similar to the fifth embodiment is formed except that the ground (GND) wiring 38 ′ is patterned and drawn to a position directly below the dummy pad electrode 35. Was made.
<比較例2>
コロナ放電を用いた分極処理コロナ帯電処理を行わなかったこと以外は、実施例5と同様な圧電素子を含むアクチュエータ基板25を作製した。
<Comparative example 2>
An actuator substrate 25 including a piezoelectric element similar to that of Example 5 was manufactured, except that the polarization treatment corona charging treatment using corona discharge was not performed.
<比較例3>
個別電極PAD列に対してダミーPADを用意しないこと以外は、実施例5と同様な圧電素子を含むアクチュエータ基板25を作製した。
<Comparative Example 3>
An actuator substrate 25 including a piezoelectric element similar to that of Example 5 was prepared except that no dummy PAD was prepared for the individual electrode PAD row.
上記実施例5〜8及び比較例2、3で作製した圧電素子について、電気特性、電気機械変換能(圧電定数)の評価を行った。代表的なP−Eヒステリシス曲線を図15に示す。電気機械変換能(圧電定数)は電界印加(150[kV/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。初期特性を評価した後に、耐久性(1×1010回繰り返し印可電圧を加えた直後の特性)の評価を実施した。
実施例5〜8については、初期特性及び耐久性試験後の結果についても一般的なセラミック焼結体と同等の特性を有していた。具体的には、残留分極Prが20〜27[μC/cm2]であり、圧電定数は−120〜−160[pm/V]であった。
比較例2、3については、若干初期特性としては一般的なセラミックス焼結体に比べて特性が変わらない。しかしながら、比較例2に関しては1×1010回後(1×1010回繰り返し印加電圧を加えた直後)の特性においては、実施例5〜8に比べて、大きく劣化しているのが確認された。また、比較例2に関しては、図14中の枠Aで囲んだ圧電素子16に示すように端部での破壊が確認された。
The piezoelectric elements manufactured in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 2 and 3 were evaluated for electrical characteristics and electromechanical conversion ability (piezoelectric constant). A typical PE hysteresis curve is shown in FIG. The electromechanical conversion ability (piezoelectric constant) was calculated by measuring the amount of deformation by applying an electric field (150 [kV / cm]) with a laser Doppler vibrometer and fitting by simulation. After evaluating the initial characteristics, durability (characteristics immediately after applying the applied voltage 1 × 10 10 times) was evaluated.
About Examples 5-8, it had the characteristic equivalent to a general ceramic sintered compact also about the result after an initial stage characteristic and a durability test. Specifically, the remanent polarization Pr was 20 to 27 [μC / cm 2 ], and the piezoelectric constant was −120 to −160 [pm / V].
About the comparative examples 2 and 3, a characteristic does not change compared with a general ceramic sintered compact as some initial characteristics. However, in the characteristic after 1 × 10 10 times with respect to Comparative Example 2 (immediately after the addition of 1 × 10 10 times repeatedly applied voltage), as compared with Examples 5-8, was confirmed to have significantly degraded It was. Further, with respect to the comparative example 2, as shown in the piezoelectric element 16 surrounded by the frame A in FIG.
また、実施例5〜8で作製した圧電素子を用いて、図16の液体吐出ヘッドを作製し液の吐出評価を行った。粘度を5[cp]に調整したインクを用いて、単純プッシュ波形により−10〜−30[V]の印加電圧を加えたときの吐出状況を確認したところ、全てのノズル孔11からインク液滴を吐出できていることを確認した。図16は、1個のノズル孔11を有する図1の液滴吐出ヘッド10を複数個配置した構成例である。 Moreover, the liquid discharge head of FIG. 16 was produced using the piezoelectric element produced in Examples 5-8, and liquid discharge evaluation was performed. Using an ink whose viscosity is adjusted to 5 [cp], and confirming the discharge state when an applied voltage of −10 to −30 [V] is applied by a simple push waveform, ink droplets are discharged from all the nozzle holes 11. Was confirmed to be discharged. FIG. 16 is a configuration example in which a plurality of droplet discharge heads 10 of FIG. 1 having one nozzle hole 11 are arranged.
以上のように、本実施形態によれば、バルクセラミックスと同等の性能を持つ圧電素子16を簡便な製造工程で形成することができる。そして、前述の図1、16に示すように、その後の液室(圧力室)13の形成のための裏面からのエッチング除去を行い、ノズル孔11を有するノズル板12を接合することで、液滴吐出ヘッド10が作製することができる。なお、前述の図1、16では液体供給手段、流路、流体抵抗について図示を省略している。 As described above, according to this embodiment, the piezoelectric element 16 having performance equivalent to that of bulk ceramics can be formed by a simple manufacturing process. Then, as shown in FIGS. 1 and 16 described above, etching is removed from the back surface for forming the subsequent liquid chamber (pressure chamber) 13, and the nozzle plate 12 having the nozzle holes 11 is joined to thereby remove the liquid. The droplet discharge head 10 can be manufactured. 1 and 16, the liquid supply means, the flow path, and the fluid resistance are not shown.
次に、上記構成の液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置について説明する。
図13は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置の一例を示す側面図である。また、図14は、同画像形成装置の部分平面図である。
本実施形態の画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド101とガイドレール102とで、液滴吐出装置(インク滴吐出装置)としてのキャリッジ103が主走査方向に摺動自在に保持されている。キャリッジ103は、主走査モータ104で駆動プーリ106Aと従動プーリ106B間に架け渡したタイミングベルト105を介して矢示方向(主走査方向)に移動走査される。
Next, an image forming apparatus provided with the droplet discharge head having the above configuration will be described.
FIG. 13 is a side view illustrating an example of an image forming apparatus including the droplet discharge head according to the present embodiment. FIG. 14 is a partial plan view of the image forming apparatus.
In the image forming apparatus of the present embodiment, a carriage 103 as a droplet discharge device (ink droplet discharge device) includes a guide rod 101 and a guide rail 102 that are horizontally mounted on left and right side plates (not shown). Is slidably held on the surface. The carriage 103 is moved and scanned in the direction indicated by the arrow (main scanning direction) via the timing belt 105 spanned between the driving pulley 106A and the driven pulley 106B by the main scanning motor 104.
キャリッジ103には、記録ヘッド107を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。記録ヘッド107は、例えば、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の記録液の液滴(インク滴)を吐出する液滴吐出ヘッド107k、107c、107m、107yで構成されている。なお、ここでは独立した液滴吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する1又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。 A recording head 107 is disposed on the carriage 103 in a direction along the main scanning direction, and is mounted with the droplet discharge direction facing downward. The recording head 107 is, for example, droplet discharge heads 107k, 107c, and 107m that discharge recording liquid droplets (ink droplets) of each color of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y). , 107y. Although an independent droplet discharge head is used here, a configuration in which one or a plurality of heads having a plurality of nozzle rows that discharge droplets of recording liquid of each color can be used. Further, the number of colors and the arrangement order are not limited to this.
また、キャリッジ103には、記録ヘッド107に各色のインクを供給するための各色のサブタンク108が搭載されている。このサブタンク108には、インク供給チューブ109を介して図示しないメインタンク(インクカートリッジ)からインクが補充供給される。 In addition, the carriage 103 is equipped with a sub tank 108 for each color for supplying each color ink to the recording head 107. Ink is supplied to the sub tank 108 from a main tank (ink cartridge) (not shown) via an ink supply tube 109.
また、本実施形態の画像形成装置は、給紙カセット110などの用紙積載部(圧板)111上に積載した被記録媒体としての用紙112を給紙するための給紙部が設けられている。この給紙部は、用紙積載部111から用紙112を1枚ずつ分離給送する半月コロからなる給紙ローラ113と分離パッド114とを備えている。分離パッド114は、給紙ローラ113に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる。分離パッド114は給紙ローラ113側に付勢されている。 Further, the image forming apparatus according to the present embodiment is provided with a paper feeding unit for feeding paper 112 as a recording medium stacked on a paper stacking unit (pressure plate) 111 such as a paper feeding cassette 110. The paper feed unit includes a paper feed roller 113 and a separation pad 114 that are half-moon rollers that separate and feed paper 112 from the paper stacking unit 111 one by one. The separation pad 114 is made of a material having a large friction coefficient, facing the paper feed roller 113. The separation pad 114 is biased toward the paper feed roller 113 side.
また、本実施形態の画像形成装置は、上記給紙部から給紙された用紙112を記録ヘッド107の下方側で搬送するための搬送部が設けられている。この搬送部は、用紙112を静電吸着して搬送するための搬送ベルト121と、給紙部からガイド115を介して送られる用紙112を搬送ベルト121との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ122とを備えている。更に、上記搬送部は、略鉛直上方に送られる用紙112を略90°方向転換させて搬送ベルト121上に倣わせるための搬送ガイド123と、押さえ部材124で搬送ベルト121側に付勢された加圧コロ125A及び先端加圧コロ125Bとを備えている。また、搬送ベルト121の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ126を備えている。 In addition, the image forming apparatus according to the present embodiment is provided with a transport unit for transporting the paper 112 fed from the paper feed unit below the recording head 107. The transport unit includes a transport belt 121 for electrostatically attracting and transporting the paper 112 and a counter for transporting the paper 112 sent from the paper feed unit via the guide 115 with the transport belt 121 interposed therebetween. And a roller 122. Further, the conveying unit is urged toward the conveying belt 121 by a conveying guide 123 for changing the direction of the sheet 112 sent substantially vertically upward by approximately 90 ° and following the conveying belt 121 and a pressing member 124. The pressure roller 125A and the tip pressure roller 125B are provided. Further, a charging roller 126 that is a charging unit for charging the surface of the transport belt 121 is provided.
ここで、搬送ベルト121は、無端状ベルトであり、搬送ローラ127とテンションローラ128との間に掛け渡されている。そして、副走査モータ131からタイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して搬送ローラ127が回転されることで、搬送ベルト121がベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成されている。なお、搬送ベルト121の裏面側には記録ヘッド107による画像形成領域に対応してガイド部材129が配置されている。 Here, the conveyance belt 121 is an endless belt, and is stretched between the conveyance roller 127 and the tension roller 128. Then, the conveyance roller 127 is rotated from the sub-scanning motor 131 via the timing belt 132 and the timing roller 133 so that the conveyance belt 121 circulates in the belt conveyance direction (sub-scanning direction). A guide member 129 is disposed on the back side of the conveying belt 121 so as to correspond to an image forming area formed by the recording head 107.
帯電ローラ126は、搬送ベルト121の表層に接触し、搬送ベルト121の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端それぞれに例えば2.5[N]がかけられている。 The charging roller 126 is disposed so as to contact the surface layer of the conveyor belt 121 and rotate following the rotation of the conveyor belt 121. For example, 2.5 [N] is applied to both ends of the shaft as a pressing force. Yes.
さらに、本実施形態の画像形成装置は、記録ヘッド107で記録された用紙112を排紙するための排紙部が設けられている。この排紙部は、搬送ベルト121から用紙112を分離するための分離部と、排紙ローラ152及び排紙コロ153と、排紙される用紙112をストックする排紙トレイ154とを備えている。 Further, the image forming apparatus according to the present embodiment is provided with a paper discharge unit for discharging the paper 112 recorded by the recording head 107. The paper discharge unit includes a separation unit for separating the paper 112 from the conveyance belt 121, a paper discharge roller 152 and a paper discharge roller 153, and a paper discharge tray 154 that stocks the paper 112 to be discharged. .
また、本実施形態の画像形成装置の背部には、両面給紙ユニット155が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット155は、搬送ベルト121の逆方向回転で戻される用紙112を取り込んで反転させて再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。 A double-sided paper feeding unit 155 is detachably attached to the back of the image forming apparatus according to the present embodiment. The double-sided paper feeding unit 155 takes in the paper 112 returned by the reverse rotation of the transport belt 121, reverses it, and feeds it again between the counter roller 122 and the transport belt 121.
さらに、図14に示すように、キャリッジ103の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド107のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構156が配置されている。この維持回復機156は、記録ヘッド107の各ノズル面をキャピングするための各キャップ157と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード158とを備えている。更に、維持回復機156は、増粘した記録液(インク)を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け159などを備えている。 Further, as shown in FIG. 14, a maintenance / recovery mechanism 156 for maintaining and recovering the state of the nozzles of the recording head 107 is disposed in a non-printing area on one side of the carriage 103 in the scanning direction. The maintenance / recovery machine 156 includes caps 157 for capping each nozzle surface of the recording head 107 and a wiper blade 158 which is a blade member for wiping the nozzle surface. Further, the maintenance / recovery machine 156 includes a blank discharge receiver 159 for receiving droplets when performing blank discharge for discharging droplets that do not contribute to recording in order to discharge the thickened recording liquid (ink).
以上のように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙112が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙112はガイド115で案内され、搬送ベルト121とカウンタローラ122との間に挟まれて搬送される。更に、用紙112は、先端を搬送ガイド123で案内されて先端加圧コロ125で搬送ベルト121に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。このとき、図示しない制御回路によってACバイアス供給部から帯電ローラ126に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加される。これにより、搬送ベルト121が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト121上に用紙112が給送されると、用紙112が搬送ベルト121に静電力で吸着され、搬送ベルト121の周回移動によって用紙112が副走査方向に搬送される。 In the image forming apparatus configured as described above, the sheets 112 are separated and fed one by one from the sheet feeding unit, and the sheet 112 fed substantially vertically upward is guided by the guide 115, and includes the transport belt 121 and the counter roller. It is sandwiched between and conveyed. Further, the leading edge of the paper 112 is guided by the transport guide 123 and pressed against the transport belt 121 by the front end pressure roller 125, and the transport direction is changed by approximately 90 °. At this time, a positive voltage and a negative output are alternately applied to the charging roller 126 from the AC bias supply unit by a control circuit (not shown), that is, an alternating voltage is applied. As a result, the charging voltage pattern in which the conveyor belt 121 alternates, that is, plus and minus are alternately charged in a band shape with a predetermined width in the sub-scanning direction that is the circumferential direction. When the paper 112 is fed onto the conveyance belt 121 charged alternately with plus and minus, the paper 112 is attracted to the conveyance belt 121 by electrostatic force, and the paper 112 is conveyed in the sub-scanning direction by the circular movement of the conveyance belt 121. Is done.
そして、キャリッジ103を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド107を駆動することにより、停止している用紙112にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙112を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙112の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙112を排紙トレイ154に排紙する。 Then, by driving the recording head 107 according to the image signal while moving the carriage 103 in the forward and backward directions, ink droplets are ejected onto the stopped paper 112 to record one line, and the paper 112 is After transporting a predetermined amount, the next line is recorded. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 112 has reached the recording area, the recording operation is finished, and the paper 112 is discharged onto the paper discharge tray 154.
また、両面印刷の場合には、表面(最初に印刷する面)の記録が終了したときに、搬送ベルト121を逆回転させることで、記録済みの用紙112が両面給紙ユニット155内に送り込まれる。そして、両面給紙ユニット155で用紙112が反転されて(裏面が印刷面となる状態にして)再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙される。この給紙に応じてタイミング制御が行われ、前述したと同様に搬送ベル121上に搬送して裏面に記録を行った後、両面に画像が記録された用紙112が排紙トレイ154に排紙される。 In the case of double-sided printing, the recorded paper 112 is fed into the double-sided paper feeding unit 155 by reversely rotating the transport belt 121 when the recording of the front surface (surface to be printed first) is completed. . Then, the paper 112 is reversed by the double-sided paper feeding unit 155 (with the back surface being the printing surface) and fed again between the counter roller 122 and the conveyor belt 121. Timing control is performed according to this paper feed, and the paper 112 on which the image is recorded on both sides is discharged to the paper discharge tray 154 after being transported onto the transport bell 121 and recorded on the back surface in the same manner as described above. Is done.
また、印字(記録)待機中にはキャリッジ103は維持回復機構155側に移動され、キャップ157で記録ヘッド107のノズル面がキャッピングされ、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良が防止される。また、キャップ157で記録ヘッド107をキャッピングした状態でノズルから記録液が吸引され(「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。)、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作が行われる。この回復動作によって記録ヘッド107のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード158でワイピングが行われる。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作が行われる。これによって、記録ヘッド107の安定した吐出性能が維持される。 During printing (recording) standby, the carriage 103 is moved to the maintenance / recovery mechanism 155 side, the nozzle surface of the recording head 107 is capped by the cap 157, and the nozzle is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Is done. Further, the recording liquid is sucked from the nozzle in a state where the recording head 107 is capped by the cap 157 (referred to as “nozzle suction” or “head suction”), and a recovery operation for discharging the thickened recording liquid and bubbles is performed. Wiping is performed by the wiper blade 158 in order to clean and remove ink adhering to the nozzle surface of the recording head 107 by this recovery operation. In addition, an idle ejection operation for ejecting ink not related to recording is performed before the start of recording or during recording. Thereby, the stable ejection performance of the recording head 107 is maintained.
以上のように、本実施形態に係る画像形成装置においては、上記構成の液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備えるので、小型化、低コスト化を図るとともに吐出ヘッドサイズが同等で吐出可能なノズル数を増やせることから、更なる高速印刷も可能となる。 As described above, since the image forming apparatus according to the present embodiment includes the recording head configured by the droplet discharge head having the above-described configuration, it is possible to reduce the size and cost and to discharge with the same discharge head size. Since the number of nozzles can be increased, further high-speed printing is possible.
なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ/ファックス/コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、本発明はインク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。 In the above embodiment, the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to an image forming apparatus having a printer configuration. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to an image forming apparatus such as a printer / fax / copier multifunction machine. it can. The present invention can also be applied to an image forming apparatus using a recording liquid or a fixing processing liquid that is a liquid other than ink.
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
液滴を吐出するノズル11と、ノズル11に連通する液室13と、液室13内の液体を加圧可能に基板上に設けられた圧電素子16などの電気機械変換素子と、電気機械変換素子の基板側の共通電極161などの第1の駆動電極に接続されたパッド電極19などの第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個別電極163などの第2の駆動電極に接続されたパッド電極21などの第2の端子電極と、を複数組備え、前記複数の第2の端子電極が、所定の間隔で並ぶように配置され、前記複数の第2の端子電極の列の端部に隣接する位置に、ダミーパッド電極35などのダミーの端子電極を設けた。
これによれば、上記実施形態について説明したように、前記カバー部材の少なくとも第1の端子電極及び第2の端子電極が露出する開口部に向けて放電処理を行うことにより、その端子電極に電荷を注入することができる。この端子電極に注入された電荷は、第1の駆動電極及び第2の駆動電極に到達するので、第1の駆動電極及び第2の駆動電極に互いに異なる電荷量の電荷を付与することができる。そして、この電荷の付与により第1の駆動電極と第2の駆動電極との間に所定の電位差が形成されるので、電気機械変換素子に対して分極処理を行うことができる。この放電による分極処理は、端子電極に直接接触させるプローブカードが不要であり、また、簡易な構成で複数の電気機械変換素子に対して一括して分極処理できるので、製造コストの低減を図ることができる。
しかも、前記複数の第2の端子電極の列の端部に隣接する位置に、ダミーパッド電極35などのダミーの端子電極を設けているため、前記複数の第2の端子電極の列の端部への過剰な電荷注入を回避できる。従って、その端部の第2の端子電極に接続されている電気機械変換素子への過剰な電荷集中が発生せず、電気機械変換素子の絶縁破壊を回避することができるので、電気機械変換素子のより均一な分極処理が可能になる。従って、上記注入電荷によって分極処理される電気機械変換素子の分極特性のばらつきを低減することができる。
以上のように、製造コストの低減を図りつつ、電気機械変換素子の分極特性のばらつきを低減することができる。
(態様B)
上記態様Aにおいて、前記複数の第2の端子電極は、所定の間隔で並ぶように配置され、前記ダミーの端子電極は、前記複数の第2の端子電極の列に沿って該複数の第2の端子電極の間隔と同じ間隔で、該複数の第2の端子電極の列の端部に隣接する位置に設けられている。これによれば、上記実施形態について説明したように、前記複数の第2の端子電極の列の端部への過剰な電荷注入をより確実に回避できるので、電気機械変換素子の分極特性のばらつきをより確実に低減することができる。
(態様C)
上記態様A又はBにおいて、前記ダミーの端子電極は、前記第2の端子電極と同じ面積を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、前記複数の第2の端子電極の列の端部への過剰な電荷注入をより確実に回避できるので、電気機械変換素子の分極特性のばらつきをより確実に低減することができる。
(態様D)
上記態様A乃至Cのいずれかにおいて、前記ダミーの端子電極及び前記第2の端子電極にバンプ電極が形成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、放電にさらされる端子電極の表面積を増加させることができるので、端子電極へ所定の電荷を安定して注入することができ、放電による安定した分極処理を実施できる。
(態様E)
上記態様Dにおいて、前記バンプ電極は、金スタッドバンプ電極である。これによれば、上記実施形態について説明したように、金めっきバンプ電極に比して製造コストを低減できる。
(態様F)
上記態様A乃至Eのいずれかにおいて、前記ダミーの端子電極に接続された電荷蓄積素子を設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、放電によってダミーの端子電極に注入された電荷を電荷蓄積素子に逃がして蓄積できるので、ダミーの端子電極における電荷量の過剰な上昇を回避し、ダミーの端子電極における絶縁破壊を防止できる。
(態様G)
上記態様Fにおいて、前記電荷蓄積素子は、前記電気機械変換素子と同じ素子である。これによれば、上記実施形態について説明したように、ダミーの端子電極における電荷量の上昇を、そのダミーの端子電極に隣接する第2の端子電極と同等になるので、上記ダミーの端子電極における絶縁破壊をより確実に防止できる。
(態様H)
上記態様F又はGにおいて、前記複数の電気機械変換素子は、所定の間隔で並ぶように配置され、前記電荷蓄積素子は、前記複数の電気機械変換素子の列方向に沿って前記複数の電気機械変換素子の間隔と同じ間隔で、該複数の電気機械変換素子の列の端部に隣接する位置に設けられている。これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の電気機械変換素子と同様に電荷蓄積素子を形成できるため、製造が容易になる。
(態様I)
上記態様F又はGにおいて、前記複数の電気機械変換素子は、所定の間隔で並ぶように配置され、前記電荷蓄積素子は、前記複数の電気機械変換素子の列方向とは異なる位置に設けられている。これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の電気機械変換素子の列の並び方向の影響を受けることなく、電荷蓄積素子を形成することができ、電荷蓄積素子のレイアウト上の制約が少なくなる。
(態様J)
上記態様A乃至Iのいずれかにおいて、前記ダミーの端子電極は、所定の間隔で並ぶように複数形成され、前記複数のダミーの端子電極は、そのダミーの端子電極の個数に応じて静電容量が設定された単一の電荷蓄積素子に接続されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、複数のダミーの端子電極に対して電荷蓄積素子を共通化することにより、個別に電荷蓄積素子を設ける場合に比して電荷蓄積素子の設置面積を小さくすることができる。従って、小型化を図ることができる。また、微小面積内でのダミーの端子電極の個数を増加させることができ、列内における電気機械変換子間の分極量差のばらつきを低減できる。
(態様K)
上記態様A乃至Eのいずれかにおいて、前記ダミーの端子電極はグラウンドに接続されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、ダミーの端子電極に過剰に注入された電化をグラウンドへ速やかに逃がすことができるので、そのダミーの端子電極に隣接する第2の端子電極における電荷集中をより効果的に防止できる。
(態様L)
上記態様A乃至Kのいずれかにおいて、前記電気機械変換素子に空隙を介して該電気機械変換素子を覆うように設けられたサブフレーム26などの構造体を備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、上記構造体が設けられている場合でも、上記放電による分極処理を行ったときの電気機械変換素子の分極特性のばらつきを低減することができる。
(態様M)
上記態様A乃至Kのいずれかにおいて、前記電気機械変換素子に対して接触の状態で該電気機械変換素子を覆うように設けられた第2の絶縁性保護膜23などの絶縁性保護膜を備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、上記絶縁性保護膜が設けられている場合でも、上記放電による分極処理を行ったときの電気機械変換素子の分極特性のばらつきを低減することができる。
(態様N)
上記態様A乃至Mのいずれかの液滴吐出ヘッドにおける電気機械変換素子の分極処理方法であって、前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極と、放電手段とを、空隙を介して互いに対向させる工程と、前記放電手段により、前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極を介して前記第1の駆動電極及び前記第2の駆動電極に互いに異なる電荷量の電荷を付与するように前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極に向けて放電処理を行う工程と、を含む。これによれば、上記実施形態について説明したように、製造コストの低減を図りつつ、電気機械変換素子の分極特性のばらつきを低減することができる。
(態様O)
上記態様Nにおいて、前記放電処理は、コロナ放電もしくはグロー放電により発生した正極性の電荷を前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極に注入するように行う。これによれば、上記実施形態について説明したように、前記端子電極への電荷注入を安定して行うことができ、安定した分極処理が可能になる。
(態様P)
上記態様N又はOにおいて、前記放電処理は、前記電気機械変換素子について、電界強度が±150[kV/cm]になるように電圧を印加して該電気機械変換素子の電界強度と分極との関係のヒステリシスループを測定し、測定開始時の電界強度が0[kV/cm]のときの分極をPiniとし、その後の電界強度が+150[kV/cm]になった後に電界強度が0[kV/cm]まで戻ったときの分極をPrとしたときに、分極量差Pr−Piniが10[μC/cm2]以下になるように行う。これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換素子の連続駆動後の変形劣化(変位劣化)を防止することができ、長期にわたって安定した液滴吐出特性を得ることができる。
(態様Q)
液滴を吐出するノズル11と、ノズル11に連通する液室13と、液室13内の液体を加圧可能に基板上に設けられた圧電素子16などの電気機械変換素子と、電気機械変換素子の基板側の共通電極161などの第1の駆動電極に接続されたパッド電極19などの第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個別電極163などの第2の駆動電極に接続されたパッド電極21などの第2の端子電極と、を複数組備え、前記複数の第2の端子電極が、所定の間隔で並ぶように配置されている液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記基板上に設けられた電気機械変換素子を設ける工程と、前記第1の端子電極と前記第2の端子電極とを形成する工程と、前記カバー部材を設ける工程と、請求項N乃至Pのいずれかの分極処理の工程と、を含む。これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出ヘッドの製造コストの低減を図りつつ、液滴吐出ヘッドの液滴吐出特性のばらつきを低減することができる。
(態様R)
上記態様A乃至Mのいずれかの液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置である。これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出装置の製造コストの低減を図りつつ、液滴吐出ヘッドの液滴吐出特性のばらつきを低減することができる。
(態様S)
上記態様N乃至Pのいずれかの分極処理方法で処理した電気機械変換素子を有する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置である。これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出装置の製造コストの低減を図りつつ、液滴吐出ヘッドの液滴吐出特性のばらつきを低減することができる。
(態様T)
インク滴吐出装置として態様R又はSの液滴吐出装置を備えた画像形成装置である。これによれば、上記実施形態について説明したように、画像形成装置の製造コストの低減を図りつつ、液滴吐出ヘッドの液滴吐出特性のばらつきを低減させ、画像品質の向上を図ることができる。
What has been described above is merely an example, and the present invention has a specific effect for each of the following modes.
(Aspect A)
A nozzle 11 for discharging droplets, a liquid chamber 13 communicating with the nozzle 11, an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element 16 provided on a substrate so as to pressurize the liquid in the liquid chamber 13, and an electromechanical conversion A first terminal electrode such as a pad electrode 19 connected to a first drive electrode such as a common electrode 161 on the substrate side of the element and a second electrode such as an individual electrode 163 opposite to the substrate side of the electromechanical transducer. A plurality of second terminal electrodes such as the pad electrode 21 connected to the drive electrodes, the plurality of second terminal electrodes being arranged at a predetermined interval, and the plurality of second terminal electrodes A dummy terminal electrode such as a dummy pad electrode 35 was provided at a position adjacent to the end of the row of terminal electrodes.
According to this, as described in the above embodiment, by performing a discharge treatment toward the opening where at least the first terminal electrode and the second terminal electrode of the cover member are exposed, the terminal electrode is charged. Can be injected. Since the charges injected into the terminal electrode reach the first drive electrode and the second drive electrode, charges having different charge amounts can be applied to the first drive electrode and the second drive electrode. . Since a predetermined potential difference is formed between the first drive electrode and the second drive electrode by the application of the electric charge, the electromechanical conversion element can be polarized. This electric discharge polarization process does not require a probe card that is brought into direct contact with the terminal electrode, and can be polarized at once for a plurality of electromechanical transducer elements with a simple configuration, thereby reducing the manufacturing cost. Can do.
In addition, since dummy terminal electrodes such as the dummy pad electrode 35 are provided at positions adjacent to the end portions of the plurality of second terminal electrode rows, the end portions of the plurality of second terminal electrode rows are provided. Excessive charge injection into can be avoided. Therefore, excessive charge concentration on the electromechanical conversion element connected to the second terminal electrode at the end portion does not occur, and the dielectric breakdown of the electromechanical conversion element can be avoided. More uniform polarization processing becomes possible. Therefore, it is possible to reduce variation in polarization characteristics of the electromechanical transducer that is polarized by the injected charge.
As described above, it is possible to reduce the variation in polarization characteristics of the electromechanical transducer while reducing the manufacturing cost.
(Aspect B)
In the aspect A, the plurality of second terminal electrodes are arranged so as to be arranged at a predetermined interval, and the dummy terminal electrodes are arranged along the row of the plurality of second terminal electrodes. Are provided at positions adjacent to the end portions of the row of the plurality of second terminal electrodes at the same intervals as the terminal electrodes. According to this, as described in the above embodiment, excessive charge injection to the end of the row of the plurality of second terminal electrodes can be avoided more reliably, so that the variation in the polarization characteristics of the electromechanical transducer element Can be more reliably reduced.
(Aspect C)
In the above aspect A or B, the dummy terminal electrode has the same area as the second terminal electrode. According to this, as described in the above embodiment, excessive charge injection to the end of the row of the plurality of second terminal electrodes can be avoided more reliably, so that the variation in the polarization characteristics of the electromechanical transducer element Can be more reliably reduced.
(Aspect D)
In any one of the aspects A to C, bump electrodes are formed on the dummy terminal electrode and the second terminal electrode. According to this, since the surface area of the terminal electrode exposed to discharge can be increased as described in the above embodiment, a predetermined charge can be stably injected into the terminal electrode, and stable due to discharge. Polarization processing can be performed.
(Aspect E)
In the above aspect D, the bump electrode is a gold stud bump electrode. According to this, as described in the above embodiment, the manufacturing cost can be reduced as compared with the gold plating bump electrode.
(Aspect F)
In any one of the above aspects A to E, a charge storage element connected to the dummy terminal electrode is provided. According to this, as described in the above embodiment, since the charge injected into the dummy terminal electrode by discharge can be released and stored in the charge storage element, an excessive increase in the charge amount at the dummy terminal electrode can be avoided. Insulation breakdown in the dummy terminal electrode can be prevented.
(Aspect G)
In the above aspect F, the charge storage element is the same element as the electromechanical conversion element. According to this, since the increase in the amount of charge in the dummy terminal electrode is equivalent to that of the second terminal electrode adjacent to the dummy terminal electrode, as described in the above embodiment, Dielectric breakdown can be prevented more reliably.
(Aspect H)
In the aspect F or G, the plurality of electromechanical conversion elements are arranged so as to be arranged at a predetermined interval, and the charge storage element is arranged along the column direction of the plurality of electromechanical conversion elements. It is provided at a position adjacent to the end of the row of the plurality of electromechanical transducer elements at the same interval as that of the transducer elements. According to this, since the charge storage element can be formed in the same manner as the plurality of electromechanical conversion elements as described in the above embodiment, the manufacture is facilitated.
(Aspect I)
In the aspect F or G, the plurality of electromechanical conversion elements are arranged so as to be arranged at a predetermined interval, and the charge storage elements are provided at positions different from the column direction of the plurality of electromechanical conversion elements. Yes. According to this, as described in the above embodiment, the charge storage element can be formed without being affected by the arrangement direction of the columns of the plurality of electromechanical conversion elements, and restrictions on the layout of the charge storage element Less.
(Aspect J)
In any one of the above aspects A to I, a plurality of the dummy terminal electrodes are formed so as to be arranged at a predetermined interval, and the plurality of dummy terminal electrodes has a capacitance according to the number of the dummy terminal electrodes. Is connected to a single charge storage element. According to this, as described in the above-described embodiment, the charge storage element is provided for each of the plurality of dummy terminal electrodes, so that the charge storage element is provided as compared with the case where the charge storage element is provided individually. The area can be reduced. Therefore, the size can be reduced. In addition, the number of dummy terminal electrodes within a very small area can be increased, and variations in the polarization amount difference between the electromechanical transducers in the column can be reduced.
(Aspect K)
In any one of the above aspects A to E, the dummy terminal electrode is connected to the ground. According to this, as described in the above embodiment, since the electrification excessively injected into the dummy terminal electrode can be quickly released to the ground, in the second terminal electrode adjacent to the dummy terminal electrode Charge concentration can be prevented more effectively.
(Aspect L)
In any one of the above aspects A to K, the electromechanical transducer is provided with a structure such as a subframe provided so as to cover the electromechanical transducer via a gap. According to this, as described in the above embodiment, even when the structure is provided, it is possible to reduce the variation in the polarization characteristics of the electromechanical conversion element when the polarization treatment by the discharge is performed. .
(Aspect M)
In any one of the above aspects A to K, an insulating protective film such as a second insulating protective film 23 is provided so as to cover the electromechanical conversion element in contact with the electromechanical conversion element. . According to this, as described in the embodiment, even when the insulating protective film is provided, it is possible to reduce variations in the polarization characteristics of the electromechanical conversion element when the polarization treatment by the discharge is performed. Can do.
(Aspect N)
A polarization processing method for an electromechanical conversion element in a droplet discharge head according to any one of the above aspects A to M, wherein the first terminal electrode, the second terminal electrode, and the discharge means are interposed via a gap. The step of making it mutually oppose and the electric charge of mutually different electric charge amount is provided to the said 1st drive electrode and the said 2nd drive electrode via the said 1st terminal electrode and the said 2nd terminal electrode by the said discharge means. And a step of performing a discharge treatment toward the first terminal electrode and the second terminal electrode. According to this, as described in the above embodiment, it is possible to reduce the variation in the polarization characteristics of the electromechanical conversion element while reducing the manufacturing cost.
(Aspect O)
In the above aspect N, the discharge treatment is performed such that positive charges generated by corona discharge or glow discharge are injected into the first terminal electrode and the second terminal electrode. According to this, as described in the above embodiment, charge injection into the terminal electrode can be stably performed, and stable polarization processing can be performed.
(Aspect P)
In the above aspect N or O, the electric discharge treatment is performed by applying a voltage so that the electric field strength is ± 150 [kV / cm] with respect to the electromechanical conversion element. The related hysteresis loop is measured, the polarization when the electric field strength at the start of the measurement is 0 [kV / cm] is Pini, and the electric field strength becomes 0 [kV / cm] after the subsequent electric field strength becomes +150 [kV / cm]. / Cm], the polarization amount difference Pr-Pini is set to 10 [μC / cm 2 ] or less, where Pr is the polarization when returning to / cm]. According to this, as described in the above embodiment, deformation deterioration (displacement deterioration) after continuous driving of the electromechanical conversion element can be prevented, and stable droplet discharge characteristics can be obtained over a long period of time.
(Aspect Q)
A nozzle 11 for discharging droplets, a liquid chamber 13 communicating with the nozzle 11, an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element 16 provided on a substrate so as to pressurize the liquid in the liquid chamber 13, and an electromechanical conversion A first terminal electrode such as a pad electrode 19 connected to a first drive electrode such as a common electrode 161 on the substrate side of the element and a second electrode such as an individual electrode 163 opposite to the substrate side of the electromechanical transducer. A plurality of second terminal electrodes such as the pad electrode 21 connected to the driving electrodes of the liquid droplet ejection head, wherein the plurality of second terminal electrodes are arranged so as to be arranged at a predetermined interval. A manufacturing method, the step of providing an electromechanical conversion element provided on the substrate, the step of forming the first terminal electrode and the second terminal electrode, the step of providing the cover member, Claims N to P And, including the. According to this, as described in the above embodiment, it is possible to reduce the variation in the droplet discharge characteristics of the droplet discharge head while reducing the manufacturing cost of the droplet discharge head.
(Aspect R)
A droplet discharge apparatus including the droplet discharge head according to any one of the above aspects A to M. According to this, as described in the above embodiment, it is possible to reduce the variation in droplet discharge characteristics of the droplet discharge head while reducing the manufacturing cost of the droplet discharge device.
(Aspect S)
A droplet discharge device including a droplet discharge head having an electromechanical conversion element processed by the polarization processing method according to any one of the above aspects N to P. According to this, as described in the above embodiment, it is possible to reduce the variation in droplet discharge characteristics of the droplet discharge head while reducing the manufacturing cost of the droplet discharge device.
(Aspect T)
An image forming apparatus including the droplet discharge device according to the aspect R or S as the ink droplet discharge device. According to this, as described in the above embodiment, it is possible to improve the image quality by reducing the variation in the droplet ejection characteristics of the droplet ejection head while reducing the manufacturing cost of the image forming apparatus. .
10 液滴吐出部
11 ノズル
12 ノズル基板
13 液室(圧力室)
14 基板(液室基板)
15 振動板
16 圧電素子
161 共通電極(下部電極)
162 圧電膜(圧電体)
163 個別電極(上部電極)
15 振動板
18 第1の絶縁保護膜
18a コンタクトホール
19 共通電極用のパッド電極
20 第1の配線
21 個別電極用のパッド電極
22 第2の配線
23 第2の絶縁保護膜
23a コンタクトホール
25 アクチュエータ基板
26 サブフレーム
26a 凹部
26b〜26d 開口部
27 バンプ電極
28 シリコンウェハ
29 アクチュエータ
31 コロナワイヤ
32 グリッド電極
33 ベースプレート
35、36 ダミーパッド電極
37 配線
38、38’ グラウンド(GND)配線
40〜42 ダミー圧電素子
107 記録ヘッド
10 Liquid droplet ejection part 11 Nozzle 12 Nozzle substrate 13 Liquid chamber (pressure chamber)
14 Substrate (Liquid chamber substrate)
15 Diaphragm 16 Piezoelectric element 161 Common electrode (lower electrode)
162 Piezoelectric film (piezoelectric material)
163 Individual electrode (upper electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Diaphragm 18 1st insulating protective film 18a Contact hole 19 Pad electrode for common electrodes 20 1st wiring 21 Pad electrode for individual electrodes 22 2nd wiring 23 2nd insulating protective film 23a Contact hole 25 Actuator substrate 26 Subframe 26a Recessed part 26b-26d Opening 27 Bump electrode 28 Silicon wafer 29 Actuator 31 Corona wire 32 Grid electrode 33 Base plate 35, 36 Dummy pad electrode 37 Wiring 38, 38 'Ground (GND) wiring 40-42 Dummy piezoelectric element 107 Recording head
Claims (15)
前記複数の第2の端子電極が、所定の間隔で並ぶように配置され、前記複数の第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、
前記ダミーの端子電極及び前記第2の端子電極にバンプ電極が形成され、
前記ダミーの端子電極に、分極したダミーの電気機械変換素子が接続され、
前記複数の電気機械変換素子は、所定の間隔で並ぶように配置され、
前記ダミーの電気機械変換素子は、前記複数の電気機械変換素子の列方向とは異なる位置に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A nozzle for ejecting liquid droplets, a liquid chamber communicating with the nozzle, an electromechanical conversion element provided on the substrate so as to pressurize the liquid in the liquid chamber, and a substrate-side first of the electromechanical conversion element A plurality of first terminal electrodes connected to one drive electrode and a second terminal electrode connected to a second drive electrode on the opposite side of the substrate side of the electromechanical transducer,
The plurality of second terminal electrodes are arranged so as to be arranged at a predetermined interval, and a dummy terminal electrode is provided at a position adjacent to an end of the row of the plurality of second terminal electrodes,
Bump electrodes are formed on the dummy terminal electrode and the second terminal electrode,
A polarized dummy electromechanical transducer is connected to the dummy terminal electrode,
The plurality of electromechanical transducer elements are arranged to be arranged at a predetermined interval,
The liquid droplet ejection head, wherein the dummy electromechanical transducer element is provided at a position different from a column direction of the plurality of electromechanical transducer elements.
前記複数の第2の端子電極は、所定の間隔で並ぶように配置され、
前記ダミーの端子電極は、前記複数の第2の端子電極の列に沿って該複数の第2の端子電極の間隔と同じ間隔で、該複数の第2の端子電極の列の端部に隣接する位置に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 1.
The plurality of second terminal electrodes are arranged to be arranged at a predetermined interval,
The dummy terminal electrode is adjacent to an end portion of the plurality of second terminal electrode rows at the same interval as the interval between the plurality of second terminal electrodes along the row of the plurality of second terminal electrodes. A droplet discharge head provided at a position where
前記ダミーの端子電極は、前記第2の端子電極と同じ面積を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 In the liquid droplet ejection head according to claim 1 or 2,
The liquid droplet ejection head, wherein the dummy terminal electrode has the same area as the second terminal electrode.
前記バンプ電極は、金スタッドバンプ電極であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 3,
The droplet discharge head, wherein the bump electrode is a gold stud bump electrode.
前記ダミーの電気機械変換素子は、前記電気機械変換素子と同じ素子であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 4,
The liquid droplet ejection head, wherein the dummy electromechanical conversion element is the same element as the electromechanical conversion element.
前記ダミーの端子電極は、所定の間隔で並ぶように複数形成され、
前記複数のダミーの端子電極は、そのダミーの端子電極の個数に応じて静電容量が設定された単一のダミーの電気機械変換素子に接続されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 5,
A plurality of the dummy terminal electrodes are formed to be arranged at a predetermined interval,
The droplet discharge head, wherein the plurality of dummy terminal electrodes are connected to a single dummy electromechanical transducer having a capacitance set according to the number of dummy terminal electrodes.
前記電気機械変換素子に空隙を介して該電気機械変換素子を覆うように設けられた構造体を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 6,
A droplet discharge head, comprising: a structure provided on the electromechanical conversion element so as to cover the electromechanical conversion element through a gap.
前記電気機械変換素子に対して接触の状態で該電気機械変換素子を覆うように設けられた絶縁性保護膜を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 6,
A droplet discharge head, comprising: an insulating protective film provided to cover the electromechanical conversion element in contact with the electromechanical conversion element.
前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極と、放電手段とを、空隙を介して互いに対向させる工程と、
前記放電手段により、前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極を介して前記第1の駆動電極及び前記第2の駆動電極に互いに異なる電荷量の電荷を付与するように前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極に向けて放電処理を行う工程と、を含むことを特徴とする電気機械変換素子の分極処理方法。 A method for polarization treatment of an electromechanical transducer in a droplet discharge head according to any one of claims 1 to 8,
Making the first terminal electrode and the second terminal electrode and the discharge means face each other with a gap between them;
The discharge means applies the first charge electrode and the second drive electrode to the first drive electrode and the second drive electrode through the first terminal electrode and the second terminal electrode, respectively, so as to give different charges. And a step of performing a discharge treatment toward the terminal electrode and the second terminal electrode.
前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極と、放電手段とを、空隙を介して互いに対向させる工程と、
前記放電手段により、前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極を介して前記第1の駆動電極及び前記第2の駆動電極に互いに異なる電荷量の電荷を付与するように前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極に向けて放電処理を行う工程と、を含むことを特徴とする電気機械変換素子の分極処理方法。 A nozzle for ejecting liquid droplets, a liquid chamber communicating with the nozzle, an electromechanical conversion element provided on the substrate so as to pressurize the liquid in the liquid chamber, and a substrate-side first of the electromechanical conversion element A plurality of first terminal electrodes connected to one drive electrode, and a second terminal electrode connected to a second drive electrode opposite to the substrate side of the electromechanical transducer, In a droplet discharge head in which a plurality of second terminal electrodes are arranged so as to be arranged at a predetermined interval and a dummy terminal electrode is provided at a position adjacent to an end of a row of the plurality of second terminal electrodes. A polarization processing method for an electromechanical transducer,
Making the first terminal electrode and the second terminal electrode and the discharge means face each other with a gap between them;
The discharge means applies the first charge electrode and the second drive electrode to the first drive electrode and the second drive electrode through the first terminal electrode and the second terminal electrode, respectively, so as to give different charges. And a step of performing a discharge treatment toward the terminal electrode and the second terminal electrode.
前記放電処理は、コロナ放電もしくはグロー放電により発生した正極性の電荷を前記第1の端子電極及び前記第2の端子電極に注入するように行うことを特徴とする電気機械変換素子の分極処理方法。 In the method for polarization treatment of an electromechanical transducer according to claim 9 or 10,
The electromechanical transducer polarization treatment method, wherein the discharge treatment is performed such that positive charges generated by corona discharge or glow discharge are injected into the first terminal electrode and the second terminal electrode. .
前記放電処理は、前記電気機械変換素子について、電界強度が±150[kV/cm]になるように電圧を印加して該電気機械変換素子の電界強度と分極との関係のヒステリシスループを測定し、測定開始時の電界強度が0[kV/cm]のときの分極をPiniとし、その後の電界強度が+150[kV/cm]になった後に電界強度が0[kV/cm]まで戻ったときの分極をPrとしたときに、分極率Pr−Piniが10[μC/cm2]以下になるように行うことを特徴とする電気機械変換素子の分極処理方法。 In the method for polarization treatment of an electromechanical transducer according to claim 9, 10 or 11,
In the discharge treatment, a voltage is applied to the electromechanical transducer so that the electric field strength is ± 150 [kV / cm], and a hysteresis loop of the relationship between the electric field strength and polarization of the electromechanical transducer is measured. When the electric field strength at the start of measurement is 0 [kV / cm], the polarization is Pini, and the electric field strength returns to 0 [kV / cm] after the subsequent electric field strength becomes +150 [kV / cm] A polarization treatment method for an electromechanical conversion element, wherein the polarization rate Pr-Pini is 10 [μC / cm 2 ] or less when the polarization of Pr is Pr.
前記電気機械変換素子を覆うように設けられた少なくとも表面が絶縁性を有するカバー部材を備え、
前記複数の第2の端子電極が、所定の間隔で並ぶように配置されている液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板上に設けられた電気機械変換素子を設ける工程と、
前記第1の端子電極と前記第2の端子電極とを形成する工程と、
前記カバー部材を設ける工程と、
請求項9乃至12のいずれかの分極処理の工程と、を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A nozzle for ejecting liquid droplets, a liquid chamber communicating with the nozzle, an electromechanical conversion element provided on the substrate so as to pressurize the liquid in the liquid chamber, and a substrate-side first of the electromechanical conversion element A plurality of sets of first terminal electrodes connected to one drive electrode and second terminal electrodes connected to a second drive electrode opposite to the substrate side of the electromechanical transducer,
A cover member having at least an insulating surface provided to cover the electromechanical conversion element;
A method of manufacturing a droplet discharge head, wherein the plurality of second terminal electrodes are arranged so as to be arranged at a predetermined interval,
Providing an electromechanical conversion element provided on the substrate;
Forming the first terminal electrode and the second terminal electrode;
Providing the cover member;
A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising the step of polarization processing according to claim 9.
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