JP2000000968A - Ink jet recording head and ink jet recorder - Google Patents

Ink jet recording head and ink jet recorder

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JP2000000968A
JP2000000968A JP16693098A JP16693098A JP2000000968A JP 2000000968 A JP2000000968 A JP 2000000968A JP 16693098 A JP16693098 A JP 16693098A JP 16693098 A JP16693098 A JP 16693098A JP 2000000968 A JP2000000968 A JP 2000000968A
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JP
Japan
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ink jet
film
recording head
jet recording
pressure generating
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JP16693098A
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Japanese (ja)
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Katsuto Shimada
勝人 島田
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Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head, and an ink jet recorder, in which displacement efficiency of a piezoelectric layer is enhanced. SOLUTION: An ink jet recording head comprises a pressure generating chamber 12 communicating with nozzle opening, a resilient film 50 constituting a part of the pressure generating chamber 12, an insulator film 55 formed on the resilient film 50, and a piezoelectric oscillator in a region on the insulator film 55 corresponding to the pressure generating chamber 12. Since the piezoelectric oscillator comprises a piezoelectric layer 70 provided on the insulator film 55, and at least a pair of electrodes 61, 62 sandwiching at least a part of the piezoelectric layer 70 in the breadthwise direction, displacement efficiency is enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を弾性膜で構
成し、この弾性膜の表面に圧電体層を形成して、圧電体
層の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure generating chamber which is in communication with a nozzle opening for ejecting ink droplets, which is constituted by an elastic film. The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that eject ink droplets by displacement of a layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を弾性膜で構成し、この弾性膜を圧
電振動子により変形させて圧力発生室のインクを加圧し
てノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット
式記録ヘッドには、圧電振動子が軸方向に伸長、収縮す
る縦振動モードの圧電振動子を使用したものと、たわみ
振動モードの圧電振動子を使用したものの2種類が実用
化されている。
2. Description of the Related Art A part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging ink droplets is formed of an elastic film, and this elastic film is deformed by a piezoelectric vibrator to pressurize ink in the pressure generating chamber to open the nozzle opening. There are two types of ink-jet recording heads that eject ink droplets from a piezoelectric vibrator, which uses a longitudinal vibration mode piezoelectric vibrator, in which a piezoelectric vibrator expands and contracts in the axial direction, and a flexural vibration mode piezoelectric vibrator. Has been put to practical use.

【0003】前者は圧電振動子の端面を弾性膜に当接さ
せることにより圧力発生室の容積を変化させることがで
きて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電振動子をノズル開口の配列ピッチに一致させて
櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられ
た圧電振動子を圧力発生室に位置決めして固定する作業
が必要となり、製造工程が複雑であるという問題があ
る。
In the former method, the volume of the pressure generating chamber can be changed by bringing the end face of the piezoelectric vibrator into contact with an elastic film, so that a head suitable for high-density printing can be manufactured. A complicated process of cutting the piezoelectric vibrators into a comb-tooth shape in accordance with the arrangement pitch of the nozzle openings, and a work of positioning and fixing the separated piezoelectric vibrators in the pressure generating chambers, which complicates the manufacturing process. There is.

【0004】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で弾性膜に圧電振動子を
作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する
関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困
難であるという問題がある。
On the other hand, in the latter, a piezoelectric vibrator can be formed on an elastic film by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of the pressure generating chamber and firing the green sheet. However, due to the use of flexural vibration, a certain area is required, and there is a problem that high-density arrangement is difficult.

【0005】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平5−286131号公報に見られるよう
に、弾性膜の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電振動子を形成したものが提案
されている。
On the other hand, in order to solve the latter disadvantage of the recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the elastic film by a film forming technique as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-286131. A proposal has been made in which this piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chambers by lithography, and a piezoelectric vibrator is formed so as to be independent for each pressure generating chamber.

【0006】これによれば圧電振動子を弾性膜に貼付け
る作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、
かつ簡便な手法で圧電振動子を作り付けることができる
ばかりでなく、圧電振動子の厚みを薄くできて高速駆動
が可能になるという利点がある。
According to this, the work of attaching the piezoelectric vibrator to the elastic film becomes unnecessary, and the precision of the lithography method is eliminated.
In addition to the fact that the piezoelectric vibrator can be manufactured by a simple and simple method, there is an advantage that the thickness of the piezoelectric vibrator can be reduced and high-speed driving can be performed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】また、上述した薄膜技
術およびリソグラフィ法によって製造されたインクジェ
ット式記録ヘッドでは、弾性膜上に下電極、圧電体層及
び上電極からなる圧電振動子が形成されている。そのた
め、上電極及び下電極間へ電界印加、すなわち圧電体層
の厚さ方向に電界を印加し、この電界印加による圧電体
層の面方向の伸張によって、弾性膜を変形させてインク
を吐出している。
In an ink jet recording head manufactured by the above-mentioned thin film technique and lithography method, a piezoelectric vibrator comprising a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode is formed on an elastic film. I have. Therefore, an electric field is applied between the upper electrode and the lower electrode, that is, an electric field is applied in the thickness direction of the piezoelectric layer, and the elastic film is deformed by the expansion of the piezoelectric layer in the plane direction due to the application of the electric field, thereby discharging ink by deforming the elastic film. ing.

【0008】しかしながら、このような電界印加方向と
異なる方向の圧電体層の歪みを利用した場合、圧電体層
の変位効率が悪いという問題がある。
However, when the strain of the piezoelectric layer in a direction different from the electric field application direction is used, there is a problem that the displacement efficiency of the piezoelectric layer is poor.

【0009】本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層
の変位効率を向上したインクジェット式記録ヘッド及び
インクジェット式記録装置を提供することを課題とす
る。
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus in which the displacement efficiency of a piezoelectric layer is improved.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第1の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室
と、この圧力発生室の一部を構成する弾性膜と、該弾性
膜上の前記圧力発生室に対応する領域に圧電振動子を具
備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電
振動子は、前記弾性膜上に設けられた圧電体層と、この
圧電体層の幅方向の少なくとも一部を挟む少なくとも一
対の電極とを具備することを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, an elastic film forming a part of the pressure generating chamber, and the elastic film. In an ink jet recording head including a piezoelectric vibrator in a region corresponding to the pressure generating chamber above, the piezoelectric vibrator includes a piezoelectric layer provided on the elastic film, and a piezoelectric layer in a width direction of the piezoelectric layer. An ink jet recording head comprising at least a pair of electrodes sandwiching at least a part thereof.

【0011】かかる第1の態様では、一対の電極を圧電
体層の幅方向に設けたことにより、圧電体層の幅方向に
電界を印加して、圧電体層を伸張させることができる。
In the first aspect, since the pair of electrodes are provided in the width direction of the piezoelectric layer, an electric field can be applied in the width direction of the piezoelectric layer to expand the piezoelectric layer.

【0012】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記一対の電極が、前記圧電体層の幅方向両側にあ
り、且つ何れか一方が各圧力発生室毎の個別電極で、他
方が全圧力発生室の共通電極であることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドにある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the pair of electrodes are on both sides in the width direction of the piezoelectric layer, and one of the electrodes is an individual electrode for each pressure generating chamber. The other is a common electrode of all the pressure generating chambers in the ink jet recording head.

【0013】かかる第2の態様では、圧電体層の幅方向
両側に形成された一対の電極間に電界を印加することに
より、圧電体層を電界印加方向に伸張させることがで
き、変位効率を向上することができる。
In the second aspect, by applying an electric field between a pair of electrodes formed on both sides of the piezoelectric layer in the width direction, the piezoelectric layer can be extended in the direction of applying the electric field, and the displacement efficiency can be improved. Can be improved.

【0014】本発明の第3の態様は、第1の態様におい
て、前記電極が前記圧電体層の幅方向に亘って複数対あ
り、且つ何れか一方が各圧力発生室毎の個別電極で、他
方が全圧力発生室の共通電極であることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドにある。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, a plurality of pairs of the electrodes are provided in the width direction of the piezoelectric layer, and one of the electrodes is an individual electrode for each pressure generating chamber. The other is a common electrode of all the pressure generating chambers in the ink jet recording head.

【0015】かかる第3の態様では、複数対の電極間に
電界を印加することにより、圧電体層に印加される電界
強度が向上する。
[0015] In the third aspect, by applying an electric field between the plurality of pairs of electrodes, the intensity of the electric field applied to the piezoelectric layer is improved.

【0016】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記個別電極の延設方向と前記共通電
極の延設方向とが異なることを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッドにある。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, an extending direction of the individual electrode and an extending direction of the common electrode are different. It is in.

【0017】かかる第4の態様では、電界印加による駆
動部が、圧力発生室に対向する領域内に存在し、また、
層間絶縁膜及びコンタクトホールを必要とすることな
く、配線を容易に引き出すことができる。
[0017] In the fourth aspect, the driving unit for applying the electric field is present in the region facing the pressure generating chamber.
The wiring can be easily drawn out without requiring an interlayer insulating film and a contact hole.

【0018】本発明の第5の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記弾性膜の最上層部は前記圧電体層
と密着性の良好な材料からなる絶縁体膜からなることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the uppermost layer of the elastic film is made of an insulating film made of a material having good adhesion to the piezoelectric layer. An ink jet recording head is characterized in that:

【0019】かかる第5の態様では、絶縁体膜と圧電体
層との密着性が向上する。
In the fifth aspect, the adhesion between the insulator film and the piezoelectric layer is improved.

【0020】本発明の第6の態様は、第5の態様におい
て、前記絶縁体膜の材料は、前記圧電体層の構成元素か
ら選択される少なくとも一種の元素の酸化物又は窒化物
であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドに
ある。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the material of the insulator film is an oxide or nitride of at least one element selected from the constituent elements of the piezoelectric layer. An ink jet recording head is characterized in that:

【0021】かかる第6の態様では、圧電体層と絶縁体
膜との密着性が向上する。
In the sixth aspect, the adhesion between the piezoelectric layer and the insulator film is improved.

【0022】本発明の第7の態様は、第5又は6の態様
において、前記圧電体層がPZTからなり、前記絶縁体
膜がZrO2からなることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドにある。
A seventh aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the fifth or sixth aspect, wherein the piezoelectric layer is made of PZT and the insulating film is made of ZrO 2 .

【0023】かかる第7の態様では、圧電体層と絶縁体
膜との密着性が向上する。
In the seventh aspect, the adhesion between the piezoelectric layer and the insulator film is improved.

【0024】本発明の第8の態様は、第5〜7の態様に
おいて、前記弾性膜が、前記絶縁体膜のみからなること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
An eighth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the fifth to seventh aspects, wherein the elastic film comprises only the insulating film.

【0025】かかる第8の態様では、絶縁体膜が弾性膜
を兼ね、製造工程が簡素化される。
In the eighth aspect, the insulating film also serves as the elastic film, and the manufacturing process is simplified.

【0026】本発明の第9の態様は、第1〜8の何れか
の態様において、前記一対の電極の幅が、前記絶縁体膜
側ほど広くなっていることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドにある。
A ninth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to eighth aspects, wherein the width of the pair of electrodes is wider toward the insulator film. It is in.

【0027】かかる第9の態様では、圧電体膜の表面側
の距離が長い分だけ、表面電流が流れにくく、絶縁耐圧
が向上される。
In the ninth aspect, the surface current is less likely to flow due to the longer distance of the piezoelectric film on the surface side, and the withstand voltage is improved.

【0028】本発明の第10の態様は、第1〜9の何れ
かの態様において、前記圧電体層は、前記圧力発生室に
対向する領域内で、前記一対の電極の上面を覆っている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the piezoelectric layer covers the upper surfaces of the pair of electrodes in a region facing the pressure generating chamber. An ink jet recording head is characterized in that:

【0029】かかる第10の態様では、電極が圧電体層
で覆われるため、表面電流が流れにくく、表面での絶縁
耐圧が向上される。
In the tenth aspect, since the electrodes are covered with the piezoelectric layer, the surface current hardly flows, and the withstand voltage on the surface is improved.

【0030】本発明の第11の態様は、第1〜10の態
様において、前記圧力発生室が異方性エッチングにより
形成され、前記圧電振動子の各層が成膜及びリソグラフ
ィ法により形成されたものであることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドにある。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the first to tenth aspects, the pressure generation chamber is formed by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head is characterized in that:

【0031】かかる第11の態様では、高密度のノズル
開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ
比較的容易に製造することができる。
In the eleventh aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0032】本発明の第12の態様は、第1〜11の何
れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備するこ
とを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to eleventh aspects.

【0033】かかる第12の態様では、ヘッドの駆動効
率が向上され、インク吐出を良好に行うことができるイ
ンクジェット式記録装置を実現することができる。
According to the twelfth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus in which the driving efficiency of the head is improved and the ink can be discharged satisfactorily.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on embodiments.

【0035】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図2は、平面図及びその1つの圧力発生室の長
手方向における断面構造を示す図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view and a cross section of one of the pressure generating chambers in the longitudinal direction. It is a figure showing a structure.

【0036】図示するように、流路形成基板10は、本
実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板10としては、通常、150〜3
00μm程度の厚さのものが用いられ、望ましくは18
0〜280μm程度、より望ましくは220μm程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, usually 150 to 3
A thickness of about 00 μm is used.
Those having a thickness of about 0 to 280 μm, more preferably about 220 μm are suitable. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.

【0037】流路形成基板10の一方の面は開口面とな
り、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリ
コンからなる、厚さ0.1〜2μmの弾性膜50が形成
されている。
One surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and the other surface is formed with a 0.1 to 2 μm-thick elastic film 50 made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation.

【0038】一方、流路形成基板10の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
ノズル開口11、圧力発生室12が形成されている。
On the other hand, a silicon single crystal substrate is anisotropically etched on the opening surface of the flow path forming substrate
A nozzle opening 11 and a pressure generating chamber 12 are formed.

【0039】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面
と、この第1の(111)面と約70度の角度をなし且
つ上記(110)面と約35度の角度をなす第2の(1
11)面とが出現し、(110)面のエッチングレート
と比較して(111)面のエッチングレートが約1/1
80であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第1の(11
1)面と斜めの二つの第2の(111)面とで形成され
る平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行う
ことができ、圧力発生室12を高密度に配列することが
できる。
Here, in the anisotropic etching, when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, it is gradually eroded and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane. A second (1) which forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane.
11) plane, and the etching rate of the (111) plane is about 1/1 compared to the etching rate of the (110) plane.
This is performed using the property of being 80.
By such anisotropic etching, two first (11
Precision processing can be performed based on depth processing of a parallelogram formed by the 1) plane and two oblique second (111) planes, and the pressure generating chambers 12 can be arranged at high density. it can.

【0040】本実施形態では、各圧力発生室12の長辺
を第1の(111)面で、短辺を第2の(111)面で
形成している。この圧力発生室12は、流路形成基板1
0をほぼ貫通して弾性膜50に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。なお、弾性膜50は、シ
リコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵さ
れる量がきわめて小さい。
In this embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane, and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generating chamber 12 is provided on the flow path forming substrate 1.
It is formed by etching until it reaches the elastic film 50 almost through 0. The amount of the elastic film 50 that is attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small.

【0041】一方、各圧力発生室12の一端に連通する
各ノズル開口11は、圧力発生室12より幅狭で且つ浅
く形成されている。すなわち、ノズル開口11は、シリ
コン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング(ハー
フエッチング)することにより形成されている。なお、
ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行わ
れる。
On the other hand, each nozzle opening 11 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is formed narrower and shallower than the pressure generating chamber 12. That is, the nozzle opening 11 is formed by partially etching (half-etching) the silicon single crystal substrate in the thickness direction. In addition,
Half etching is performed by adjusting the etching time.

【0042】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室12の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口11の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
1インチ当たり360個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口11は数十μmの溝幅で精度よく形成する必要
がある。
Here, the size of the pressure generating chamber 12 for applying the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 11 for ejecting the ink droplet depend on the amount of the ejected ink droplet, the ejection speed, and the ejection frequency. Optimized. For example,
When recording 360 ink droplets per inch, the nozzle openings 11 need to be formed with a groove width of several tens of μm with high accuracy.

【0043】また、各圧力発生室12と後述する共通イ
ンク室31とは、後述する封止板20の各圧力発生室1
2の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク
供給連通口21を介して連通されており、インクはこの
インク供給連通口21を介して共通インク室31から供
給され、各圧力発生室12に分配される。
Further, each pressure generating chamber 12 and a common ink chamber 31 described later are connected to each pressure generating chamber 1 of the sealing plate 20 described later.
The ink is supplied from a common ink chamber 31 through the ink supply communication port 21 formed at a position corresponding to one end of the pressure generation chamber 12. Distributed to

【0044】封止板20は、前述の各圧力発生室12に
対応したインク供給連通口21が穿設された、厚さが例
えば、0.1〜1mmで、線膨張係数が300℃以下
で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラ
スセラミックスからなる。なお、インク供給連通口21
は、図3(a),(b)に示すように、各圧力発生室1
2のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット
孔21Aでも、あるいは複数のスリット孔21Bであっ
てもよい。封止板20は、一方の面で流路形成基板10
の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外
力から保護する補強板の役目も果たす。また、封止板2
0は、他面で共通インク室31の一壁面を構成する。
The sealing plate 20 is provided with an ink supply communication port 21 corresponding to each of the pressure generating chambers 12 described above, and has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less. , For example, 2.5-4.5 [× 10 −6 / ° C.]. In addition, the ink supply communication port 21
Each of the pressure generating chambers 1 is, as shown in FIGS.
It may be one slit hole 21A crossing the vicinity of the second ink supply side end or a plurality of slit holes 21B. The sealing plate 20 is provided on one side with the flow path forming substrate 10.
, And also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impacts and external forces. Also, sealing plate 2
0 forms one wall surface of the common ink chamber 31 on the other surface.

【0045】共通インク室形成基板30は、共通インク
室31の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、イ
ンク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を
打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共
通インク室形成基板30の厚さは、0.2mmとしてい
る。
The common ink chamber forming substrate 30 forms the peripheral wall of the common ink chamber 31, and is formed by punching a stainless steel plate having an appropriate thickness according to the number of nozzles and the ink droplet ejection frequency. . In the present embodiment, the thickness of the common ink chamber forming substrate 30 is 0.2 mm.

【0046】インク室側板40は、ステンレス基板から
なり、一方の面で共通インク室31の一壁面を構成する
ものである。また、インク室側板40には、他方の面の
一部にハーフエッチングにより凹部40aを形成するこ
とにより薄肉壁41が形成され、さらに、外部からのイ
ンク供給を受けるインク導入口42が打抜き形成されて
いる。なお、薄肉壁41は、インク滴吐出の際に発生す
るノズル開口11と反対側へ向かう圧力を吸収するため
のもので、他の圧力発生室12に、共通インク室31を
経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
本実施形態では、インク導入口42と外部のインク供給
手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側
板40を0.2mmとし、その一部を厚さ0.02mm
の薄肉壁41としているが、ハーフエッチングによる薄
肉壁41の形成を省略するために、インク室側板40の
厚さを初めから0.02mmとしてもよい。
The ink chamber side plate 40 is made of a stainless steel substrate, and one surface of the ink chamber side plate 40 constitutes one wall surface of the common ink chamber 31. In the ink chamber side plate 40, a thin wall 41 is formed by forming a concave portion 40a by half etching on a part of the other surface, and an ink introduction port 42 for receiving ink supply from the outside is punched and formed. ing. The thin wall 41 is for absorbing pressure generated at the time of ink droplet ejection toward the side opposite to the nozzle opening 11, and is unnecessary for the other pressure generating chambers 12 via the common ink chamber 31. Prevents positive or negative pressure from being applied.
In the present embodiment, the ink chamber side plate 40 is made 0.2 mm in consideration of rigidity required at the time of connection between the ink introduction port 42 and an external ink supply means, and a part of the thickness is 0.02 mm.
The thickness of the ink chamber side plate 40 may be 0.02 mm from the beginning in order to omit the formation of the thin wall 41 by half etching.

【0047】一方、流路形成基板10の開口面とは反対
側の弾性膜50の上には、厚さが例えば、0.2〜3.
0μmの絶縁体膜55が形成され、さらに、この絶縁体
膜55上には、厚さが例えば、約1μmの圧電体膜70
が積層形成され、この圧電体膜70の幅方向一方側に
は、幅が例えば、約0.5μmの第1の電極膜61と、
幅が例えば、約0.5μmの第2の電極膜62とが、後
述するプロセスで圧電体膜70を挟む用に積層形成さ
れ、圧電振動子(圧電素子)300を構成している。こ
こで、圧電振動子300は、圧電体膜70、第1の電極
膜61及び第2の電極膜62を含む部分をいう。
On the other hand, the thickness of the elastic film 50 on the opposite side of the opening surface of the flow path forming substrate 10 is, for example, 0.2 to 3.0.
An insulator film 55 having a thickness of about 1 μm is formed on the insulator film 55.
Are formed on one side in the width direction of the piezoelectric film 70, a first electrode film 61 having a width of, for example, about 0.5 μm,
A second electrode film 62 having a width of, for example, about 0.5 μm is formed by lamination so as to sandwich the piezoelectric film 70 in a process described later, and forms a piezoelectric vibrator (piezoelectric element) 300. Here, the piezoelectric vibrator 300 refers to a portion including the piezoelectric film 70, the first electrode film 61, and the second electrode film 62.

【0048】本実施形態では、第1の電極膜61を各圧
電振動子300の個別電極とし、第2の電極膜62を全
圧電振動子300の共通電極としているが、駆動回路や
配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合
においても、各圧力発生室毎に圧電振動子が形成されて
いることになる。
In the present embodiment, the first electrode film 61 is used as an individual electrode of each piezoelectric vibrator 300, and the second electrode film 62 is used as a common electrode of all the piezoelectric vibrators 300. There is no problem if this is reversed. In any case, a piezoelectric vibrator is formed for each pressure generating chamber.

【0049】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板10上に、圧電体膜70等を形成するプロセス
を図4を参照しながら説明する。
Here, a process for forming the piezoelectric film 70 and the like on the flow path forming substrate 10 made of a silicon single crystal substrate will be described with reference to FIG.

【0050】図4(a)に示すように、まず、流路形成
基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約110
0℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜50を形成する。
As shown in FIG. 4A, first, a silicon single crystal substrate wafer serving as the flow path forming substrate 10 is
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form an elastic film 50 made of silicon dioxide.

【0051】次に、図4(b)に示すように、弾性膜5
0上に、絶縁体膜55を形成する。この絶縁体膜55
は、圧電体膜70との密着性の良好な材料、例えば、圧
電体膜70の構成元素から選択される少なくとも一種の
元素の酸化物又は窒化物で形成されることが好ましい。
本実施形態では、弾性膜50上にジルコニウム層を形成
後、例えば、約1150℃の拡散炉で熱酸化して二酸化
ジルコニウムからなる絶縁体膜55とした。
Next, as shown in FIG.
On insulator 0, an insulator film 55 is formed. This insulator film 55
Is preferably formed of a material having good adhesion to the piezoelectric film 70, for example, an oxide or nitride of at least one element selected from the constituent elements of the piezoelectric film 70.
In the present embodiment, after the zirconium layer is formed on the elastic film 50, the insulating film 55 is made of zirconium dioxide by thermal oxidation in a diffusion furnace at about 1150 ° C., for example.

【0052】次に、図4(c)に示すように、スパッタ
リングで第1の電極膜61及び第2の電極膜62となる
電極膜60を形成する。電極膜60の材料、すなわち第
1及び第2の電極膜61,62の材料としては、Pt等
が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル
法で成膜する後述の圧電体膜70は、成膜後に大気雰囲
気下又は酸素雰囲気下で600〜1000℃程度の温度
で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわ
ち、第1及び第2の電極膜61,62の材料は、このよ
うな高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければな
らず、殊に、圧電体膜70としてPZTを用いた場合に
は、PbOの拡散による導電性の変化が少ないことが望
ましく、これらの理由からPtが好適である。
Next, as shown in FIG. 4C, an electrode film 60 to be the first electrode film 61 and the second electrode film 62 is formed by sputtering. As a material of the electrode film 60, that is, a material of the first and second electrode films 61 and 62, Pt or the like is preferable. This is because the piezoelectric film 70 described later, which is formed by a sputtering method or a sol-gel method, needs to be crystallized by firing at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. Because. That is, the material of the first and second electrode films 61 and 62 must be able to maintain conductivity under such high temperature and oxidizing atmosphere. In particular, when PZT is used as the piezoelectric film 70, It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of PbO is small, and Pt is preferable for these reasons.

【0053】次に、図4(d)に示すように、第1及び
第2の電極膜61,62を、それぞれ一方の端部が圧力
発生室12の幅方向両側に対向する領域に位置するよう
にパターニングする。このとき、第1及び第2の電極膜
61,62の幅は、絶縁体膜55側が広くなるように形
成することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 4D, the first and second electrode films 61 and 62 are located in regions where one end thereof is opposed to both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12. Patterning as follows. At this time, it is preferable that the width of the first and second electrode films 61 and 62 is formed such that the width on the insulator film 55 side is increased.

【0054】次に、図4(e)に示すように、各圧力発
生室に対応する領域の第1の電極膜61及び第2の電極
膜62の間の絶縁体膜55上に圧電体膜70を成膜す
る。本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散し
たいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で
焼成することで金属酸化物からなる圧電体膜70を得
る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成した。圧電体膜
70の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)
系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合
には好適である。なお、この圧電体膜70の成膜方法
は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成
してもよい。
Next, as shown in FIG. 4E, a piezoelectric film is formed on the insulator film 55 between the first electrode film 61 and the second electrode film 62 in a region corresponding to each pressure generating chamber. 70 is formed. In this embodiment, a so-called sol-gel method is used, in which a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried and gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric film 70 made of a metal oxide. Formed. As a material of the piezoelectric film 70, lead zirconate titanate (PZT) is used.
It is suitable when the system material is used for an ink jet recording head. The method for forming the piezoelectric film 70 is not particularly limited, and may be, for example, a sputtering method.

【0055】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりPZTの前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液
中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用い
てもよい。なお、本実施形態では、第1及び第2の電極
膜61,62を、Ptで形成するようにしたが、これに
限定されず、圧電体膜70を、このように低温で形成す
る場合には、第1及び第2の電極膜61,62の材料と
して、導電性の高い、Al、Au、Ni等の多くの金属
や、導電性酸化物等を使用してもよい。
Further, a method of forming a PZT precursor film by a sol-gel method or a sputtering method and then growing the crystal at a low temperature by a high-pressure treatment in an aqueous alkali solution may be used. In the present embodiment, the first and second electrode films 61 and 62 are formed of Pt. However, the present invention is not limited to this. When the piezoelectric film 70 is formed at such a low temperature, As the material of the first and second electrode films 61 and 62, many metals having high conductivity, such as Al, Au, and Ni, or a conductive oxide may be used.

【0056】その後、図4(f)に示すように、圧電体
膜70をエッチングして圧電振動子300のパターニン
グを行う。本実施形態では、圧電体膜70が第1の電極
膜61と第2の電極膜62との間に、これらの電極と同
じ高さに形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 4F, the piezoelectric film 70 is etched to pattern the piezoelectric vibrator 300. In the present embodiment, the piezoelectric film 70 is formed between the first electrode film 61 and the second electrode film 62 at the same height as these electrodes.

【0057】このように形成した本実施形態のインクジ
ェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図を図
5に示す。
FIG. 5 is a plan view and a cross-sectional view showing a main part of the ink jet recording head of the present embodiment thus formed.

【0058】本実施形態のインクジェット式記録ヘッド
は、図5に示すように、圧力発生室12に対向する領域
に圧電体膜70がパターニングされ、その幅方向両側に
第1の電極膜61及び第2の電極膜62が形成され、こ
れら圧電体膜70、第1の電極膜61及び第2の電極膜
62からなる圧電振動子300を形成している。
In the ink jet recording head of this embodiment, as shown in FIG. 5, a piezoelectric film 70 is patterned in a region facing the pressure generating chamber 12, and a first electrode film 61 and a first electrode film 61 are formed on both sides in the width direction. The second electrode film 62 is formed, and the piezoelectric vibrator 300 including the piezoelectric film 70, the first electrode film 61, and the second electrode film 62 is formed.

【0059】また、圧電体膜70の一方側に設けられた
第1の電極膜は、圧電体層70の一方の側面を覆い、長
手方向一端部から圧力発生室12の周壁上に延設され
て、各圧電振動子300毎の個別電極となっており、図
示しないがそれぞれ外部配線と接続されている。
The first electrode film provided on one side of the piezoelectric film 70 covers one side surface of the piezoelectric layer 70 and extends from one end in the longitudinal direction onto the peripheral wall of the pressure generating chamber 12. Each of the piezoelectric vibrators 300 is an individual electrode, which is connected to an external wiring (not shown).

【0060】一方、圧電体膜70の第1の電極膜61と
は逆側に設けられた第2の電極膜62は、第1の電極膜
61と同様に、圧電体膜70の一側面を覆い、長手方向
一端部、本実施形態では、第1の電極膜61の延設方向
と逆の端部から周壁上に延設され、他の圧電振動子30
0から延設された第2の電極膜62と周壁上で連結され
て、各圧電振動子300の共通電極となっており、図示
しないが端部近傍で外部配線と接続されている。
On the other hand, the second electrode film 62 provided on the side opposite to the first electrode film 61 of the piezoelectric film 70 is formed on one side of the piezoelectric film 70 similarly to the first electrode film 61. In the present embodiment, one end of the covering, in the present embodiment, extends from the end opposite to the extending direction of the first electrode film 61 on the peripheral wall, and the other piezoelectric vibrator 30 extends.
The second electrode film 62 extending from 0 is connected on the peripheral wall to serve as a common electrode for each piezoelectric vibrator 300, and is connected to external wiring near the end (not shown).

【0061】このように、本実施形態では、個別電極と
なる第1の電極膜61と共通電極となる第2の電極膜6
2とを圧電体膜70の幅方向両側に設けるようにした。
したがって、これら第1の電極膜61と第2の電極膜6
2と間に電界を印加することにより、圧電体膜70には
幅方向に電界が印加される。また、この電界印加に伴
い、圧電体膜70は面内方向に伸張する。すなわち、圧
電体膜70への電界印加方向と、圧電体膜70の伸張方
向が同一となる。
As described above, in the present embodiment, the first electrode film 61 serving as an individual electrode and the second electrode film 6 serving as a common electrode are used.
2 are provided on both sides in the width direction of the piezoelectric film 70.
Therefore, the first electrode film 61 and the second electrode film 6
By applying an electric field between the two, an electric field is applied to the piezoelectric film 70 in the width direction. Further, with the application of the electric field, the piezoelectric film 70 expands in the in-plane direction. That is, the direction in which the electric field is applied to the piezoelectric film 70 is the same as the direction in which the piezoelectric film 70 extends.

【0062】ここで、圧電体膜にPZTを用いた場合、
電界印加方向と伸張方向とが同一のときには、歪む力が
約450pC/Nであるのに対し、電界印加方向と伸張
方向とが異なるときには、約150pC/Nであり、約
3倍程度の差がある。
Here, when PZT is used for the piezoelectric film,
When the electric field application direction and the extension direction are the same, the distortion force is about 450 pC / N, whereas when the electric field application direction and the extension direction are different, it is about 150 pC / N, and the difference of about three times is obtained. is there.

【0063】したがって、本発明のように、圧電体膜の
幅方向に電界を印加して、同方向に撓ませることによ
り、圧電体膜の変位効率を向上することができる。ま
た、変位効率の向上によって、圧電体膜の幅を広く設定
できるため、圧電振動子を駆動する際、圧電体膜にかか
る電界強度を弱めることができ、耐久性を向上すること
ができる。
Therefore, as in the present invention, the displacement efficiency of the piezoelectric film can be improved by applying an electric field in the width direction of the piezoelectric film and bending it in the same direction. In addition, since the width of the piezoelectric film can be set wider by improving the displacement efficiency, the electric field intensity applied to the piezoelectric film when driving the piezoelectric vibrator can be reduced, and the durability can be improved.

【0064】また、このように両電極間に電界を印加し
た場合、電極の上部と下部との幅が同一であると、圧電
体膜70表面に電流が流れやすい為、表面で絶縁破壊を
起こし易い。しかしながら、本実施形態では、上述のよ
うに、第1の電極膜61及び第2の電極膜62の幅を、
下面側、すなわち弾性膜50側を広く形成しているの
で、幅が同一の場合よりも絶縁耐圧を向上できる。
When an electric field is applied between the two electrodes as described above, if the width of the upper and lower electrodes is the same, a current easily flows on the surface of the piezoelectric film 70, so that dielectric breakdown occurs on the surface. easy. However, in the present embodiment, as described above, the widths of the first electrode film 61 and the second electrode film 62 are
Since the lower surface side, that is, the elastic film 50 side is formed wider, the withstand voltage can be improved as compared with the case where the width is the same.

【0065】さらに、本実施形態では、第1の電極膜6
1と第2の電極膜62とが、それぞれ長手方向逆側の端
部から周壁上に延設されているため、電界印加による駆
動部が、圧力発生室12に対向する領域内に存在し、変
位効率及び耐久性を向上することができる。また、圧電
体膜70の上面に電極等の変位効率を低下させる膜が不
要となる。さらに、層間絶縁膜及びコンタクトホールを
必要とすることなく、配線を容易に引き出すことができ
る。
Further, in the present embodiment, the first electrode film 6
Since the first and second electrode films 62 extend on the peripheral wall from the ends on the opposite sides in the longitudinal direction, a driving unit by applying an electric field exists in a region facing the pressure generating chamber 12, Displacement efficiency and durability can be improved. Further, a film for lowering the displacement efficiency of the electrodes and the like on the upper surface of the piezoelectric film 70 becomes unnecessary. Further, the wiring can be easily drawn without requiring an interlayer insulating film and a contact hole.

【0066】以上説明した一連の膜形成及び異方性エッ
チングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成
し、プロセス終了後、図1に示すような一つのチップサ
イズの流路形成基板10毎に分割する。また、分割した
流路形成基板10を、封止板20、共通インク室形成基
板30、及びインク室側板40と順次接着して一体化
し、インクジェット式記録ヘッドとする。
In the series of film formation and anisotropic etching described above, a number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after the process is completed, a flow path forming substrate having one chip size as shown in FIG. Divide every ten. Further, the divided flow path forming substrate 10 is sequentially adhered and integrated with the sealing plate 20, the common ink chamber forming substrate 30, and the ink chamber side plate 40 to form an ink jet recording head.

【0067】このように構成したインクジェットヘッド
は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導
入口42からインクを取り込み、共通インク室31から
ノズル開口11に至るまで内部をインクで満たした後、
図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、圧電
体膜70の幅方向両側に形成した第1の電極膜61と第
2の電極膜62との間に電界を印加することにより、圧
電体膜70が面内方向に伸び、この変形によって弾性膜
50、絶縁体膜55及び圧電体膜70が上に凸に変形す
る。その後、電界を解除することにより、弾性膜50、
絶縁体膜55及び圧電体膜70が元に戻り、圧力発生室
12内の圧力が高まってノズル開口11からインク滴が
吐出する。
The ink jet head thus constructed takes in ink from an ink inlet 42 connected to external ink supply means (not shown), fills the interior from the common ink chamber 31 to the nozzle opening 11 with ink, and
By applying an electric field between the first electrode film 61 and the second electrode film 62 formed on both sides in the width direction of the piezoelectric film 70 in accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), The elastic film 50, the insulator film 55, and the piezoelectric film 70 are deformed upwardly by this deformation. After that, by releasing the electric field, the elastic film 50,
The insulating film 55 and the piezoelectric film 70 return to the original state, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 11.

【0068】なお、本実施形態では、圧電体膜70と第
1の電極膜61及び第2の電極膜62とを略同一の厚さ
に形成し、第1の電極膜61及び第2の電極膜62の上
面は、外部に露出しているが、これに限定されず、例え
ば、図6に示すように、圧電体膜70の厚さを第1の電
極膜61及び第2の電極膜62よりも厚く形成し、第1
のp電極膜61及び第2の電極膜62の上面61a,6
2aを覆うようにしてもよい。このような構成により、
両電極61,62の表面が圧電体膜70で覆われるた
め、表面電流が流れにくく表面での絶縁耐圧を向上する
ことができる。
In this embodiment, the piezoelectric film 70, the first electrode film 61 and the second electrode film 62 are formed to have substantially the same thickness, and the first electrode film 61 and the second electrode film 62 are formed. The upper surface of the film 62 is exposed to the outside, but is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, the thickness of the piezoelectric film 70 is reduced by the first electrode film 61 and the second electrode film 62. Thicker than the first
Of the p-electrode film 61 and the second electrode film 62
2a may be covered. With such a configuration,
Since the surfaces of both electrodes 61 and 62 are covered with the piezoelectric film 70, surface current does not easily flow, and the withstand voltage on the surface can be improved.

【0069】(実施形態2)図7は、実施形態2にかか
るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び
断面図である。
(Embodiment 2) FIG. 7 is a plan view and a sectional view showing a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 2.

【0070】本実施形態は、電極を圧電体層70Aの幅
方向に亘って複数対形成した例であり、図7に示すよう
に、圧力発生室12に対応する領域に、個別電極となる
第1の電極膜61A及び共通電極となる第2の電極膜6
2Aを一つの圧力発生室12に対向する領域で複数に分
割し、略同一間隔で交互に配設し、これらの電極間にそ
れぞれ圧電体膜70Aが設けられている以外は、実施形
態1と同様である。
This embodiment is an example in which a plurality of pairs of electrodes are formed in the width direction of the piezoelectric layer 70A. As shown in FIG. The first electrode film 61A and the second electrode film 6 serving as a common electrode
2A is divided into a plurality of parts in a region opposed to one pressure generating chamber 12 and arranged alternately at substantially the same intervals, except that the piezoelectric film 70A is provided between these electrodes. The same is true.

【0071】このようなインクジェット式記録ヘッドで
は、第1の電極膜61A及び第2の電極膜62A間に電
界を印加することにより、複数対の電極間に電界が印加
され、複数の圧電体膜70Aが撓み変形する。これによ
り、上述同様、弾性膜50、絶縁体膜55及び圧電体膜
70が上に凸に変形し、電界を解除することにより、イ
ンクが吐出される。
In such an ink jet recording head, by applying an electric field between the first electrode film 61A and the second electrode film 62A, an electric field is applied between a plurality of pairs of electrodes. 70A bends and deforms. Thus, as described above, the elastic film 50, the insulator film 55, and the piezoelectric film 70 are deformed to be convex upward, and the ink is ejected by releasing the electric field.

【0072】このような構成においても、電体膜70A
への電界印加方向と撓み方向が同一であるため、実施形
態1と同様に、変位効率を向上することができる。ま
た、本実施形態では、複数対の電極を設けるようにした
ので、各電極間の圧電体膜70にかかる電界強度が向上
されるため、さらに変位効率を向上することができる。
In such a configuration, the electric film 70A
Since the direction in which the electric field is applied to and the direction of the bending are the same, the displacement efficiency can be improved as in the first embodiment. Further, in the present embodiment, since a plurality of pairs of electrodes are provided, the electric field intensity applied to the piezoelectric film 70 between the electrodes is improved, so that the displacement efficiency can be further improved.

【0073】(他の実施形態)以上、本発明の各実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other Embodiments) The embodiments of the present invention have been described above, but the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to the above.

【0074】例えば、上述の本実施形態では、弾性膜5
0上に絶縁体膜55を設けるようにしたが、これに限定
されず、例えば、最初から弾性膜50を設けずに、流路
形成基板10上に絶縁体膜55のみを形成するようにし
てもよい。
For example, in the above-described embodiment, the elastic film 5
Although the insulator film 55 is provided on the substrate 0, the invention is not limited thereto. For example, the insulator film 55 may be formed on the flow path forming substrate 10 without providing the elastic film 50 from the beginning. Is also good.

【0075】また、例えば、上述した封止板20の他、
共通インク室形成板30をガラスセラミックス製として
もよく、さらには、薄肉膜41を別部材としてガラスセ
ラミックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由
である。
For example, in addition to the sealing plate 20 described above,
The common ink chamber forming plate 30 may be made of glass ceramic, and further, the thin film 41 may be made of glass ceramic as a separate member, and the material, structure and the like can be freely changed.

【0076】また、上述した実施形態では、ノズル開口
を流路形成基板10の端面に形成しているが、面に垂直
な方向に突出するノズル開口を形成してもよい。
In the above-described embodiment, the nozzle openings are formed on the end surface of the flow path forming substrate 10. However, the nozzle openings protruding in a direction perpendicular to the surface may be formed.

【0077】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図8、その流路の断面を図9にぞれぞれ示す。この実
施形態では、ノズル開口11が圧電振動子とは反対のノ
ズル基板120に穿設され、これらノズル開口11と圧
力発生室12とを連通するノズル連通口22が、封止板
20,共通インク室形成板30及び薄肉板41A及びイ
ンク室側板40Aを貫通するように配されている。
FIG. 8 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG. 9 is a sectional view of the flow path. In this embodiment, the nozzle opening 11 is formed in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric vibrator, and the nozzle communication port 22 that connects the nozzle opening 11 and the pressure generating chamber 12 is formed with the sealing plate 20 and the common ink. It is arranged so as to penetrate the chamber forming plate 30, the thin plate 41A and the ink chamber side plate 40A.

【0078】なお、本実施形態は、その他、薄肉板41
Aとインク室側板40Aとを別部材とし、インク室側板
40に開口40bを形成した以外は、基本的に上述した
実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略する。
In this embodiment, the thin plate 41
A is basically the same as the above-described embodiment except that the ink chamber side plate 40A and the ink chamber side plate 40A are separate members, and the opening is formed in the ink chamber side plate 40. Is omitted.

【0079】ここで、この実施形態においても、上述し
た実施形態と同様に、圧電体膜の幅方向両側に電極を形
成し、圧電体膜の幅方向に電界を印加して変形させるこ
とにより、変位効率を向上することができる。
In this embodiment, similarly to the above-described embodiment, electrodes are formed on both sides in the width direction of the piezoelectric film, and an electric field is applied in the width direction of the piezoelectric film to deform the film. The displacement efficiency can be improved.

【0080】また、勿論、共通インク室を流路形成基板
内に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも
同様に応用できる。
Further, needless to say, the present invention can be similarly applied to an ink jet recording head of a type in which a common ink chamber is formed in a flow path forming substrate.

【0081】このように、本発明は、その趣旨に反しな
い限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。
As described above, the present invention can be applied to ink-jet recording heads having various structures, as long as the gist of the present invention is not contradicted.

【0082】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図10
は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図
である。
The ink jet recording head of each of these embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge and the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. FIG.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

【0083】図10に示すように、インクジェット式記
録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、
インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが
着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び
1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付け
られたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。
As shown in FIG. 10, recording head units 1A and 1B having an ink jet recording head are
Cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided. A carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. I have. The recording head units 1A and 1B are, for example,
Each of them ejects a black ink composition and a color ink composition.

【0084】そして、駆動モータ6の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリ
ッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及
び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿っ
て移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に
沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ロ
ーラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シ
ートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるように
なっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電体膜の幅方向に少なくとも一対の電極を設けるよう
にしたので、電極間に電界を印加することにより、圧電
体膜が電界印加方向と同一方向に歪んで振動板が撓み変
形するので、変位効率を向上することができる。また、
変位効率が向上することにより、圧電体膜の幅を広く設
定できるため、駆動の際に圧電体膜にかかる電界強度を
弱くすることができ、耐久性を向上することができると
いう効果を奏する。
As described above, according to the present invention,
Since at least one pair of electrodes is provided in the width direction of the piezoelectric film, by applying an electric field between the electrodes, the piezoelectric film is distorted in the same direction as the electric field application direction and the diaphragm is flexed and deformed. Efficiency can be improved. Also,
Since the width of the piezoelectric film can be set wider by improving the displacement efficiency, the electric field intensity applied to the piezoelectric film at the time of driving can be reduced and the durability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す図であり、図1の平面図及び断面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention, showing the same.

【図3】図1の封止板の変形例を示す図である。FIG. 3 is a view showing a modification of the sealing plate of FIG. 1;

【図4】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部平面図及び断面図である。
FIG. 5 is a plan view and a cross-sectional view of a main part of the inkjet recording head according to the first embodiment of the invention.

【図6】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a modified example of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部平面図及び断面図である。
FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention.

【図8】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドを示す分解斜視図である。
FIG. 8 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドを示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施形態に係るインクジェット式
記録装置の概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 12 圧力発生室 50 弾性膜 55 絶縁体膜 61,61A 第1の電極膜 62,62A 第2の電極膜 70 圧電体膜 300 圧電振動子 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 12 pressure generating chamber 50 elastic film 55 insulating film 61, 61A first electrode film 62, 62A second electrode film 70 piezoelectric film 300 piezoelectric vibrator

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズル開口に連通する圧力発生室と、こ
の圧力発生室の一部を構成する弾性膜と、該弾性膜上の
前記圧力発生室に対応する領域に圧電振動子を具備する
インクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧電振動子は、前記弾性膜上に設けられた圧電体層
と、この圧電体層の幅方向の少なくとも一部を挟む少な
くとも一対の電極とを具備することを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。
1. An ink jet apparatus comprising: a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening; an elastic film forming a part of the pressure generating chamber; and a piezoelectric vibrator in a region on the elastic film corresponding to the pressure generating chamber. In the recording head, the piezoelectric vibrator includes a piezoelectric layer provided on the elastic film, and at least a pair of electrodes sandwiching at least a part of the piezoelectric layer in a width direction. Ink jet recording head.
【請求項2】 請求項1において、前記一対の電極が、
前記圧電体層の幅方向両側にあり、且つ何れか一方が各
圧力発生室毎の個別電極で、他方が全圧力発生室の共通
電極であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
2. The method according to claim 1, wherein the pair of electrodes are:
An ink jet recording head, which is on both sides in the width direction of the piezoelectric layer, one of which is an individual electrode for each pressure generating chamber, and the other is a common electrode for all pressure generating chambers.
【請求項3】 請求項1において、前記電極が前記圧電
体層の幅方向に亘って複数対あり、且つ何れか一方が各
圧力発生室毎の個別電極で、他方が全圧力発生室の共通
電極であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
3. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein a plurality of pairs of the electrodes are provided in the width direction of the piezoelectric layer, and one of the electrodes is an individual electrode for each pressure generating chamber and the other is a common electrode for all pressure generating chambers. An ink jet recording head comprising an electrode.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記個
別電極の延設方向と前記共通電極の延設方向とが異なる
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the direction in which the individual electrodes extend and the direction in which the common electrode extends are different.
【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記弾
性膜の最上層部は前記圧電体層と密着性の良好な材料か
らなる絶縁体膜からなることを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the uppermost layer of the elastic film is made of an insulating film made of a material having good adhesion to the piezoelectric layer. .
【請求項6】 請求項5において、前記絶縁体膜の材料
は、前記圧電体層の構成元素から選択される少なくとも
一種の元素の酸化物又は窒化物であることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッド。
6. The ink jet recording head according to claim 5, wherein the material of the insulating film is an oxide or a nitride of at least one element selected from the constituent elements of the piezoelectric layer. .
【請求項7】 請求項5又は6において、前記圧電体層
がPZTからなり、前記絶縁体膜がZrO2からなるこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
7. An ink jet recording head according to claim 5, wherein said piezoelectric layer is made of PZT, and said insulating film is made of ZrO 2 .
【請求項8】 請求項5〜7において、前記弾性膜が、
前記絶縁体膜のみからなることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッド。
8. The method according to claim 5, wherein the elastic film comprises:
An ink jet recording head comprising only the insulator film.
【請求項9】 請求項1〜8の何れかにおいて、前記第
一対の電極の幅が、前記絶縁体膜側ほど広くなっている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
9. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the width of the pair of electrodes is increased toward the insulator film.
【請求項10】 請求項1〜9の何れかにおいて、前記
圧電体層は、前記圧力発生室に対向する領域内で、前記
一対の電極の上面を覆っていることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。
10. The ink jet recording according to claim 1, wherein the piezoelectric layer covers the upper surfaces of the pair of electrodes in a region facing the pressure generating chamber. head.
【請求項11】 請求項1〜10の何れかにおいて、前
記圧力発生室が異方性エッチングにより形成され、前記
圧電振動子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成
されたものであることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッド。
11. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation and lithography. Inkjet recording head.
【請求項12】 請求項1〜11の何れかのインクジェ
ット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジ
ェット式記録装置。
12. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006013372A (en) * 2004-06-29 2006-01-12 Fuji Xerox Co Ltd Method for processing functional film and method for manufacturing inkjet recording head using the same

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