JP2000052550A - Ink-jet type recording head and ink-jet type recording apparatus - Google Patents

Ink-jet type recording head and ink-jet type recording apparatus

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JP2000052550A
JP2000052550A JP22344698A JP22344698A JP2000052550A JP 2000052550 A JP2000052550 A JP 2000052550A JP 22344698 A JP22344698 A JP 22344698A JP 22344698 A JP22344698 A JP 22344698A JP 2000052550 A JP2000052550 A JP 2000052550A
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Japan
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recording head
jet recording
ink jet
diaphragm
ink
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JP22344698A
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Japanese (ja)
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Hiroyuki Kamei
宏行 亀井
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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 type recording head and an ink-jet type recording apparatus in which an amount of deformation of a diaphragm is improved without deteriorating a durability of the diaphragm. SOLUTION: In the ink-jet type recording head having a passage formation substrate 10 where pressure generation chambers 12 communicating with nozzle openings are partitioned and piezoelectric elements 300 set to one face of the passage formation substrate 10 via a diaphragm, a beam part 100 of projections extending in a plan direction is set at least to an upper part of the diaphragm, whereby an amount of deformation and a durability of the diaphragm are improved.

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振動板で構
成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素
子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 part of a pressure generating chamber which communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets, which is constituted by a vibrating plate, and a piezoelectric element is formed on the surface of the vibrating plate. The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that eject ink droplets by displacement.

【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振動板で構成し、この振動板を圧
電素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、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
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 constituted by a vibrating plate, and the vibrating plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generating chamber to pass through the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads that eject ink droplets have been commercialized, one using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and the other using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. ing.

【0003】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
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、圧電素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
圧電素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 element into contact with the diaphragm, so that a head suitable for high-density printing can be manufactured. There is a problem in that a difficult process of cutting into a comb shape in accordance with the arrangement pitch of the openings and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are required, and the manufacturing process is complicated.

【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振動板に圧電素子を作
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 element can be formed on a diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of a pressure generating chamber and firing the green sheet. In addition, there is a problem that a certain area is required due to the use of flexural vibration, and 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、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力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素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 by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-286131. A proposal has been made in which the piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chambers by a lithography method, and a piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber.

【0006】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
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素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素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。なお、この場合、圧電材料層
は振動板の表面全体に設けたままで少なくとも上電極の
みを各圧力発生室毎に設けることにより、各圧力発生室
に対応する圧電素子を駆動することができる。
This eliminates the need for attaching the piezoelectric element to the vibration plate, which not only allows the piezoelectric element to be manufactured by a precise and simple method such as lithography, but also reduces the thickness of the piezoelectric element. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed. In this case, the piezoelectric element corresponding to each pressure generating chamber can be driven by providing at least only the upper electrode for each pressure generating chamber while the piezoelectric material layer is provided on the entire surface of the vibration plate.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなインクジェット式記録ヘッドにおいては、圧電アク
チュエータの駆動による振動板の変位効率を向上するた
めに、圧電素子の両側に対応する部分の振動板を薄くす
る構造が提案されている。
By the way, in the above-mentioned ink jet recording head, in order to improve the displacement efficiency of the diaphragm by driving the piezoelectric actuator, the diaphragm corresponding to both sides of the piezoelectric element is provided. A thinning structure has been proposed.

【0008】しかしながら、圧電素子の両側に対応する
部分、いわゆる振動板腕部の膜厚を薄くすると変位量は
向上するものの、強度や耐久性が低下するという問題が
ある。
However, when the thickness of the portions corresponding to both sides of the piezoelectric element, that is, the so-called diaphragm arm portion, is reduced, the displacement is improved, but there is a problem that the strength and durability are reduced.

【0009】本発明は、このような事情に鑑み、振動板
の耐久性を低下させることなく、振動板の変形量を向上
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 amount of deformation of a diaphragm is improved without reducing the durability of the diaphragm. .

【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が
画成された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面に
振動板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力変化を
生じさせる圧電素子とを備えたインクジェット式記録ヘ
ッドにおいて、前記振動板の少なくとも上部には、面方
向に延びる突条からなる梁部が設けられていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is defined, and one surface of the flow path forming substrate. A piezoelectric element provided through a vibration plate to generate a pressure change in the pressure generating chamber, wherein at least an upper portion of the vibration plate has a beam portion formed of a ridge extending in a surface direction. Is provided in the ink jet recording head.

【0011】かかる第1の態様では、梁部によって振動
板の軽量化を図りつつ強度が向上される。
In the first aspect, the strength is improved while the weight of the diaphragm is reduced by the beams.

【0012】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記梁部は、前記振動板の少なくとも前記圧力発生
室に対向する領域の前記圧電素子の幅方向両側に設けら
れ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 second aspect of the present invention, in the first aspect, the beam portion is provided on at least both sides in the width direction of the piezoelectric element in at least a region of the diaphragm facing the pressure generating chamber. An ink jet recording head is characterized in that:

【0013】かかる第2の態様では、圧電素子の駆動に
よる振動板の変形を妨げることなく、振動板の耐久性が
向上される。
According to the second aspect, the durability of the diaphragm is improved without hindering the deformation of the diaphragm due to the driving of the piezoelectric element.

【0014】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記梁部は、前記圧電素子に対応する領域以
外の前記振動板の上部全体に亘って設けられていること
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 third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the beam portion is provided over the entire upper portion of the diaphragm except for a region corresponding to the piezoelectric element. And an ink jet recording head.

【0015】かかる第3の態様では、軽量化を図りつつ
振動板全体の強度を維持することができ、ヘッドの信頼
性が向上する。
In the third aspect, the strength of the entire diaphragm can be maintained while reducing the weight, and the reliability of the head 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、前記梁部は幾何学模様を形成し、当該
梁部以外の領域は厚さ方向の少なくとも一部が除去され
た凹部と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。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the beam portion forms a geometric pattern, and at least a part of a region other than the beam portion in the thickness direction is removed. The ink jet recording head is characterized in that it has a concave portion formed.

【0017】かかる第4の態様では、梁部によって耐久
性を保持し、且つ凹部を形成することにより振動板が軽
量化されてヘッドの応答性等の特性が向上する。
In the fourth aspect, durability is maintained by the beam portion, and the formation of the concave portion reduces the weight of the diaphragm and improves characteristics such as the responsiveness of the head.

【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、前記振動板が、弾性膜及び下電極から
なり、前記梁部が前記下電極に形成されていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the diaphragm comprises an elastic film and a lower electrode, and the beam portion is formed on the lower electrode. The feature is the ink jet recording head.

【0019】かかる第5の態様では、耐久性を低下させ
ることなく、ヘッドの特性を向上することができる。
In the fifth aspect, the characteristics of the head can be improved without lowering the durability.

【0020】本発明の第6の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記振動板が、相対的に硬い硬質材料
層を含み、前記梁部は該硬質材料層に不連続に前記凹部
を設けることにより形成され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 sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the diaphragm includes a relatively hard hard material layer, and the beam portion is discontinuously connected to the hard material layer. An ink jet recording head is formed by providing the concave portion.

【0021】かかる第6の態様は、振動板の強度が向上
され、且つ圧電素子の駆動による振動板の変形を妨げる
ことがない。
According to the sixth aspect, the strength of the diaphragm is improved, and deformation of the diaphragm due to driving of the piezoelectric element is not hindered.

【0022】本発明の第7の態様は、第6の態様におい
て、前記硬質材料層が、酸化ジルコニウム、タンタル、
ニッケル及びタングステンからなる群から選択されてい
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 seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the hard material layer is made of zirconium oxide, tantalum,
An ink jet recording head is selected from the group consisting of nickel and tungsten.

【0023】かかる第7の態様では、振動板の強度を確
実に向上することができる。
In the seventh aspect, the strength of the diaphragm can be reliably improved.

【0024】本発明の第8の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記梁部を含む前記振動板全体が、同
一材料で形成され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。
An eighth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to fourth aspects, wherein the entire diaphragm including the beam is formed of the same material. It is in.

【0025】かかる第8の態様では、例えば、酸化ジル
コニウム等の上部のみに梁部を形成し圧電素子はその上
にパターニングされる。
In the eighth aspect, for example, a beam portion is formed only on the upper portion of zirconium oxide or the like, and the piezoelectric element is patterned thereon.

【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、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板
に異方性エッチングにより形成され、前記圧電体能動部
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 a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric active portion is formed. An ink jet recording head is formed by a film and a lithography method.

【0027】かかる第9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 ninth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0028】本発明の第10の態様は、第1〜9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。
According to a tenth 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 ninth aspects.

【0029】かかる第10の態様では、ヘッドの耐久性
が向上され、信頼性を向上したインクジェット式記録装
置にある。
According to the tenth aspect, there is provided an ink jet recording apparatus in which the durability of the head is improved and the reliability is improved.

【0030】[0030]

【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.

【0031】(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, and 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.

【0032】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 a single crystal silicon substrate having a plane orientation of (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.

【0033】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.

【0034】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, the opening surface of the flow path forming substrate 10 is anisotropically etched on a silicon single crystal substrate,
A nozzle opening 11 and a pressure generating chamber 12 are formed.

【0035】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.

【0036】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.

【0037】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.

【0038】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.

【0039】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

【0040】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 and has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a coefficient of linear expansion 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.

【0041】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.

【0042】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 thereof constitutes one wall 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.

【0043】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、約0.5μm
の下電極膜60と、厚さが例えば、約1μmの圧電体膜
70と、厚さが例えば、約0.1μmの上電極膜80と
が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子30
0を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極
膜60、圧電体膜70、及び上電極膜80を含む部分を
いう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極
を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜70を各圧力
発生室12毎にパターニングして構成する。そして、こ
こではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体
膜70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電
歪みが生じる部分を圧電体能動部320という。本実施
形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極と
し、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としてい
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体
能動部が形成されていることになる。また、ここでは、
圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位
が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称す
る。なお、上述した例では、弾性膜50及び下電極膜6
0が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ね
るようにしてもよい。
On the other hand, the thickness of the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 is, for example, about 0.5 μm.
A lower electrode film 60, a piezoelectric film 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are formed by lamination in a process to be described later.
0. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80. Generally, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric film 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric film 70 and in which a piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if the upper electrode film 80 is reversed for convenience of a drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Also, here
The combination of the piezoelectric element 300 and the vibration plate whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 is referred to as a piezoelectric actuator. In the example described above, the elastic film 50 and the lower electrode film 6
Although 0 functions as a diaphragm, the lower electrode film may also serve as an elastic film.

【0044】また、本実施形態では、詳しく後述する
が、圧電体能動部の幅方向両側に対応する部分の下電極
膜60に複数の凹部61を不連続に設けることによりそ
の間を連続した梁部100とし、振動板の強度を低下さ
せることなく軽量化してヘッドの特性の向上を図ってい
る。
In this embodiment, as will be described in detail later, a plurality of recesses 61 are provided discontinuously in portions of the lower electrode film 60 corresponding to both sides in the width direction of the piezoelectric active portion, so that a continuous beam portion is provided therebetween. The weight is set to 100 to improve the characteristics of the head by reducing the weight without lowering the strength of the diaphragm.

【0045】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.

【0046】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.

【0047】次に、図4(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成する。下電極膜60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600〜10
00℃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、下電極膜60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. 4B, a lower electrode film 60 is formed by sputtering. Pt or the like is preferable as the material of the lower electrode film 60. This is because a piezoelectric film 70 described later, which is formed by a sputtering method or a sol-gel method,
After film formation, 600 to 10 in an air atmosphere or an oxygen atmosphere
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 00 ° C. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity at such a high temperature and in an oxidizing atmosphere. In particular, when PZT is used for the piezoelectric film 70, the conductivity of the material by diffusion of PbO is increased. It is desirable that there is little change in sex, and Pt is preferred for these reasons.

【0048】次に、図4(c)に示すように、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. 4C, a piezoelectric film 70 is formed. In this embodiment, a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, and gelled,
Further, the film was formed using a so-called sol-gel method in which a piezoelectric film 70 made of a metal oxide was obtained by firing at a high temperature. As a material for the piezoelectric film 70, a lead zirconate titanate (PZT) -based material is suitable when used in an ink jet recording head. The piezoelectric film 70
The film forming method is not particularly limited, and may be formed by, for example, a sputtering method.

【0049】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。
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 alkaline aqueous solution may be used.

【0050】次に、図4(d)に示すように、上電極膜
80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料で
あればよく、Al、Au、Ni、Pt等の多くの金属
や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、P
tをスパッタリングにより成膜している。
Next, as shown in FIG. 4D, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 only needs to be a material having high conductivity, and many metals such as Al, Au, Ni, and Pt, and a conductive oxide can be used. In the present embodiment, P
t is formed by sputtering.

【0051】次に、図5に示すように、下電極膜60、
圧電体膜70及び上電極膜80をパターニングする。
Next, as shown in FIG.
The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned.

【0052】まず、図5(a)に示すように、下電極膜
60、圧電体膜70及び上電極膜80を一緒にエッチン
グして下電極膜60の全体パターンをパターニングす
る。次いで、図5(b)に示すように、圧電体膜70及
び上電極膜80のみをエッチングして圧電体能動部32
0のパターニングを行う。
First, as shown in FIG. 5A, the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched together to pattern the entire pattern of the lower electrode film 60. Next, as shown in FIG. 5B, only the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched to form the piezoelectric active portion 32.
0 patterning is performed.

【0053】そして、このように圧電体能動部320を
パターニングした後、図5(c)に示すように、圧電体
能動部320の幅方向両側に対応する領域の振動板に、
本実施形態では、所定部分の下電極膜60を弾性膜50
に達するまでエッチングすることによりパターニングし
て、不連続な複数の凹部61を形成する。これにより、
これら各凹部61の間が格子状の梁部100となる。
After patterning the piezoelectric active part 320 in this manner, as shown in FIG. 5C, the diaphragm in the region corresponding to both sides in the width direction of the piezoelectric active part 320 is formed.
In the present embodiment, a predetermined portion of the lower electrode film 60 is
Then, patterning is performed by etching until reaching a plurality of concave portions 61, and a plurality of discontinuous concave portions 61 are formed. This allows
The space between these concave portions 61 becomes a lattice-shaped beam portion 100.

【0054】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、図5(d)に示すように、前述
したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エ
ッチングを行い、圧力発生室12等を形成する。なお、
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。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 5D, the silicon single crystal substrate is anisotropically etched with the above-described alkali solution to form the pressure generating chamber 12 and the like. In addition,
In the series of film formation and anisotropic etching described above, a number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after completion of the process, each of the flow path forming substrates 10 having one chip size as shown in FIG. To divide. 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.

【0055】このような本実施形態のインクジェットヘ
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、
下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、弾
性膜50、下電極膜60及び圧電体膜70をたわみ変形
させることにより、圧力発生室12内の圧力が高まりノ
ズル開口11からインク滴が吐出する。
The ink jet head of this embodiment takes in ink from the ink inlet 42 connected to external ink supply means (not shown),
After filling the inside with ink from the nozzle opening 11 to the nozzle opening 11, according to a recording signal from an external driving circuit (not shown),
By applying a voltage between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 to bend and deform the elastic film 50, the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 70, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases and the nozzle opening 11 Ink droplets are ejected.

【0056】このような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6に示
す。
FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view showing a main part of the ink jet recording head of this embodiment.

【0057】図6(a),(b)に示すように、本実施
形態では、圧電体膜70および上電極膜80からなる圧
電体能動部320は、基本的に圧力発生室12に対向す
る領域に設けられ、圧電体膜70及び上電極膜80が圧
電体能動部320の長手方向一端部から周壁上まで延設
されている。そして、上電極膜80は、その端部近傍で
図示しないが外部配線と接続されている。
As shown in FIGS. 6A and 6B, in the present embodiment, the piezoelectric active portion 320 including the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 basically faces the pressure generating chamber 12. The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are provided in the region, and extend from one longitudinal end of the piezoelectric active portion 320 to the peripheral wall. The upper electrode film 80 is connected to an external wiring (not shown) near its end.

【0058】また、振動板の圧電体能動部320の幅方
向両側に対応する領域には、本実施形態では、上述のよ
うに下電極膜60を厚さ方向に完全に除去することによ
り、複数の凹部61が不連続に所定の配列で形成され、
各凹部61の間が除去されていない下電極膜60で形成
される梁部100となる。
In the present embodiment, the lower electrode film 60 is completely removed in the thickness direction in regions corresponding to both sides in the width direction of the piezoelectric active portion 320 of the vibration plate. Are formed discontinuously in a predetermined arrangement,
Beam portions 100 formed of the lower electrode film 60 that are not removed between the concave portions 61 are formed.

【0059】このような凹部61は、図6(c)に示す
ように、本実施形態では、略矩形の開口形状を有し、碁
盤格子状に配列されている。すなわち、梁部100が振
動板の上面側に格子状に形成されている。この梁部10
0は、振動板の材質等の条件を考慮して、振動板が所定
の強度を保持可能な程度に形成すればよい。
As shown in FIG. 6C, such concave portions 61 have a substantially rectangular opening shape in the present embodiment, and are arranged in a grid pattern. That is, the beam portions 100 are formed in a lattice on the upper surface side of the diaphragm. This beam part 10
0 may be formed to such an extent that the diaphragm can maintain a predetermined strength in consideration of conditions such as the material of the diaphragm.

【0060】また、本実施形態では、凹部61は、下電
極膜60を弾性膜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が、これに限定されず、例えば、
さらに弾性膜50の一部まで除去するようにしてもよ
く、また、逆に下電極膜60の厚さ方向の一部を残すよ
うにしてもよい。何れにしても、凹部61の深さは、振
動板の厚さの約1/10〜1/2の範囲であることが好
ましい。
In the present embodiment, the recess 61 is formed by etching the lower electrode film 60 until the lower electrode film 60 reaches the elastic film 50. However, the present invention is not limited to this.
Further, a part of the elastic film 50 may be removed, or a part of the lower electrode film 60 in the thickness direction may be left. In any case, the depth of the concave portion 61 is preferably in the range of about 1/10 to 1/2 of the thickness of the diaphragm.

【0061】このように、本実施形態では、圧電体能動
部320の幅方向両側に対向する領域の振動板を構成す
る下電極膜60に複数の凹部61を不連続に設けること
により梁部100を形成するようにしたので、振動板の
強度を低下させることなく振動板の軽量化を図ることが
できる。したがって、圧電体能動部320への電圧印加
に対する応答性等のヘッドの特性を向上することができ
る。
As described above, in the present embodiment, the plurality of concave portions 61 are discontinuously provided in the lower electrode film 60 constituting the diaphragm in the region opposed to both sides in the width direction of the piezoelectric active portion 320, so that the beam portion 100 is formed. Is formed, the weight of the diaphragm can be reduced without reducing the strength of the diaphragm. Therefore, it is possible to improve the characteristics of the head such as the response to the voltage application to the piezoelectric active portion 320.

【0062】なお、本実施形態では、凹部61の開口形
状を矩形とし、梁部100を格子状に形成するようにし
たが、これに限定されず、例えば、図7(a)に示すよ
うに、凹部61を菱形として、梁部100を斜め格子状
に形成するようにしてもよい。また、例えば、図7
(b)に示すように、凹部61の開口形状を円形として
もよいし、図7(c)に示すように六角形を組み合わせ
たハニカム形状としてもよく、また、他の多角形を組み
合わせてもよく、さらには、図7(d)に示すように三
角形を組み合わせた、いわゆるトラス組みとしてもよ
い。何れにしても、各凹部61の間には、幾何学模様の
梁部100が形成されることになる。このように、凹部
61の開口形状及び梁部100のパターンは特に限定さ
れないが、何れの場合にも、梁部100を振動板上に略
均一に形成し、振動板の強度を略均一にすることが好ま
しい。
In this embodiment, the opening of the recess 61 is rectangular and the beam 100 is formed in a lattice shape. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. The concave portion 61 may have a rhombic shape, and the beam portion 100 may be formed in an oblique lattice shape. Also, for example, FIG.
As shown in (b), the opening shape of the concave portion 61 may be circular, may be a honeycomb shape combining hexagons as shown in FIG. 7 (c), or may be a combination of other polygons. Further, a so-called truss combination in which triangles are combined as shown in FIG. In any case, a beam portion 100 having a geometric pattern is formed between the concave portions 61. As described above, the opening shape of the concave portion 61 and the pattern of the beam portion 100 are not particularly limited, but in any case, the beam portion 100 is formed substantially uniformly on the diaphragm to make the strength of the diaphragm approximately uniform. Is preferred.

【0063】また、本実施形態では、梁部100を圧電
体能動部320の幅方向両側に対応する領域にのみに設
けるようにしたが、これに限定されず、例えば、圧電体
能動部320に対向する領域以外の振動板全体に設ける
ようにしてもよい。
In the present embodiment, the beam portion 100 is provided only in the region corresponding to both sides in the width direction of the piezoelectric active portion 320. However, the present invention is not limited to this. You may make it provide in the whole diaphragm other than the area | region which opposes.

【0064】(実施形態2)図8は、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。
(Embodiment 2) FIG. 8 is a plan view and a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 2.

【0065】本実施形態では、図8に示すように、弾性
膜50と下電極膜60との間に、さらに下電極膜60よ
りも硬い材料、例えば、酸化ジルコニウム、タンタル、
ニッケル又はタングステン等からなる硬質材料層55が
設けられている。そして、圧電体能動部320の幅方向
両側の下電極膜60を除去し、この硬質材料層55に梁
部100を設けた以外、実施形態1と同様である。
In this embodiment, as shown in FIG. 8, between the elastic film 50 and the lower electrode film 60, a material harder than the lower electrode film 60, for example, zirconium oxide, tantalum,
A hard material layer 55 made of nickel, tungsten, or the like is provided. The second embodiment is the same as the first embodiment except that the lower electrode films 60 on both sides in the width direction of the piezoelectric active portion 320 are removed and the beam portions 100 are provided on the hard material layer 55.

【0066】このような構成によっても、実施形態1と
同様の効果を得ることができる。また、本実施形態で
は、梁部100が、下電極膜60よりも硬い硬質材料層
55に形成されているので、実施形態1よりもさらに振
動板の強度が向上される。ここで、本実施形態では、振
動板は、弾性膜50及び硬質材料層55の梁部100か
ら構成される。したがって、凹部61の面積をより大き
くしても所定の強度を保持することができ、振動板をさ
らに軽量化することができるため、ヘッドの特性をさら
に向上することができる。また、特に、硬質材料層65
を上述のタングステン等の比較的引っ張りの強い材料で
形成することにより、圧電体能動部320及び振動板の
内部応力による弾性膜50の撓みが抑えられ、圧電体能
動部320の駆動による振動板の変形量を向上すること
ができるという効果も得られる。
With such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, since the beam portion 100 is formed on the hard material layer 55 that is harder than the lower electrode film 60, the strength of the diaphragm is further improved as compared with the first embodiment. Here, in the present embodiment, the diaphragm includes the elastic film 50 and the beam portion 100 of the hard material layer 55. Therefore, even if the area of the concave portion 61 is increased, the predetermined strength can be maintained, and the diaphragm can be further reduced in weight, so that the characteristics of the head can be further improved. Also, in particular, the hard material layer 65
Is formed of a material having relatively high tensile strength such as tungsten described above, the bending of the elastic film 50 due to the internal stress of the piezoelectric active portion 320 and the diaphragm is suppressed, and the vibration of the diaphragm by the driving of the piezoelectric active portion 320 is suppressed. The effect that the amount of deformation can be improved is also obtained.

【0067】なお、本実施形態では、弾性膜50上に硬
質材料層55を設け、梁部100をこの硬質材料層で構
成するようにしたが、これに限定されず、例えば、図9
に示すように、弾性膜50を設けずに、振動板を硬質材
料層55のみで構成して、この硬質材料層55に梁部1
00を設けるようにしてもよい。これにより、振動板の
強度をさらに向上することができ、また、製造工程が簡
略化され、製造コストを低減することができる。
In this embodiment, the hard material layer 55 is provided on the elastic film 50, and the beam portion 100 is formed of the hard material layer. However, the present invention is not limited to this.
As shown in the figure, the diaphragm is constituted only by the hard material layer 55 without providing the elastic film 50, and the beam portion 1 is provided on the hard material layer 55.
00 may be provided. As a result, the strength of the diaphragm can be further improved, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

【0068】(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.

【0069】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 the thin film 41 may be made of glass ceramic as a separate member. Changes are free.

【0070】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 may be formed to project in a direction perpendicular to the surface.

【0071】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図10、その流路の断面を図11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. 10 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG. 11 is a sectional view of the flow path. In this embodiment, the nozzle openings 11 are drilled in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric vibrator, and these nozzle openings 11
A nozzle communication port 22 for communicating the pressure generating chamber 12 with the pressure generating chamber 12 is provided so as to penetrate the sealing plate 20, the common ink chamber forming plate 30, the thin plate 41A, and the ink chamber side plate 40A.

【0072】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.

【0073】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、振動板に複数の凹部を不連続に設
け振動板を軽量化することにより、ヘッドの応答性等の
特性を向上することができる。
Here, also in this embodiment, similarly to the above-described embodiment, by providing a plurality of recesses in the diaphragm discontinuously to reduce the weight of the diaphragm, characteristics such as the responsiveness of the head are improved. be able to.

【0074】また、上述の実施形態では、圧電体層70
及び上電極膜80を周壁上まで延設して、その端部近傍
で外部配線と接続するようにしたが、これに限定され
ず、例えば、圧電体層70及び上電極膜80を圧力発生
室12に対向する領域に設け、上電極膜80上の絶縁体
層に形成されたコンタクトホール介してリ−ド電極を設
けるようにしてもよい。
In the above embodiment, the piezoelectric layer 70
In addition, the upper electrode film 80 is extended to the peripheral wall and connected to an external wiring in the vicinity of the end. However, the present invention is not limited to this. For example, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 12, and a lead electrode may be provided through a contact hole formed in the insulator layer on the upper electrode film 80.

【0075】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。
Of course, 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.

【0076】また、以上説明した各実施形態は、成膜及
びリソグラフィプロセスを応用することにより製造でき
る薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、
勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積
層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシ
ートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を
形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成する
もの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本
発明を採用することができる。
In each of the embodiments described above, a thin film type ink jet recording head which can be manufactured by applying a film forming and lithography process is described as an example.
Of course, the present invention is not limited to this. For example, a piezoelectric film is formed by laminating substrates to form a pressure generating chamber, or a piezoelectric film is formed by attaching a green sheet or by screen printing, or a piezoelectric film formed by crystal growth. The present invention can be applied to ink jet recording heads having various structures, such as those that form a recording medium.

【0077】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.

【0078】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12、
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 according to each of the 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. 2 is a schematic view illustrating an example of the ink jet recording apparatus.

【0079】図12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. 12, 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.

【0080】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3に沿
ってプラテン8が設けられている。このプラテン8は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、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 3. The platen 8 can be rotated by a driving force of a paper feed motor (not shown), and a recording sheet S as a recording medium such as paper fed by a paper feed roller is wound around the platen 8 and conveyed. It has become so.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
少なくとも圧電体能動部の幅方向両側に対応する領域の
振動板に、複数の凹部を不連続に設けることにより、振
動板の強度の低下を抑えて、振動板の軽量化を図ること
ができる。これにより、ヘッドの応答性等の特性を向上
することができ、且つ耐久性を維持することができると
いう効果を奏することができる。
As described above, according to the present invention,
By providing a plurality of recesses discontinuously in at least the diaphragm corresponding to both sides in the width direction of the piezoelectric active portion, a reduction in the strength of the diaphragm can be suppressed, and the weight of the diaphragm can be reduced. As a result, it is possible to improve the characteristics such as the responsiveness of the head and to maintain the durability.

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

【図1】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a first 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の薄膜製造工程を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a main part of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図7】振動板に形成される梁部の形状の例を模式的に
示す図である。
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an example of a shape of a beam portion formed on a diaphragm.

【図8】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
FIG. 8 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a main part of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a modified example of the ink jet recording head according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 10 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図11】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. 11 is a cross-sectional view showing an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図12】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. 12 is a schematic view 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 11 ノズル開口 12 圧力発生室 50 弾性膜 55 硬質材料層 60 下電極膜 61 凹部 70 圧電体膜 80 上電極膜 100 梁部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 11 nozzle opening 12 pressure generating chamber 50 elastic film 55 hard material layer 60 lower electrode film 61 concave portion 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 100 beam portion

Claims (10)

【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が画成
された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面に振動
板を介して設けられて前記圧力発生室に圧力変化を生じ
させる圧電素子とを備えたインクジェット式記録ヘッド
において、 前記振動板の少なくとも上部には、面方向に延びる突条
からなる梁部が設けられていることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。
1. A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is defined, and a pressure change is generated in the pressure generating chamber provided on one surface of the flow path forming substrate via a vibration plate. An ink jet recording head comprising a piezoelectric element to be formed, wherein at least an upper portion of the vibration plate is provided with a beam portion formed of a ridge extending in a plane direction.
【請求項2】 請求項1において、前記梁部は、前記振
動板の少なくとも前記圧力発生室に対向する領域の前記
圧電素子の幅方向両側に設けられていることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the beam portion is provided at least on both sides in a width direction of the piezoelectric element in a region of the diaphragm facing the pressure generating chamber. .
【請求項3】 請求項1又は2において、前記梁部は、
前記圧電素子に対応する領域以外の前記振動板の上部全
体に亘って設けられていることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッド。
3. The beam according to claim 1, wherein:
An ink jet recording head, wherein the ink jet recording head is provided over the entire upper portion of the diaphragm other than a region corresponding to the piezoelectric element.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記梁
部は幾何学模様を形成し、当該梁部以外の領域は厚さ方
向の少なくとも一部が除去された凹部となっていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
4. The device according to claim 1, wherein the beam portion has a geometric pattern, and a region other than the beam portion is a concave portion in which at least a part in a thickness direction is removed. An ink jet recording head characterized by the following.
【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記振
動板が、弾性膜及び下電極からなり、前記梁部が前記下
電極に形成されてい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 said diaphragm comprises an elastic film and a lower electrode, and said beam portion is formed on said lower electrode.
【請求項6】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記振
動板が、相対的に硬い硬質材料層を含み、前記梁部は該
硬質材料層に不連続に前記凹部を設けることにより形成
されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
6. The vibration plate according to claim 1, wherein the diaphragm includes a relatively hard layer of hard material, and the beam portion is formed by providing the recess in the hard material layer discontinuously. An ink jet recording head, comprising:
【請求項7】 請求項6において、前記硬質材料層が、
酸化ジルコニウム、タンタル、ニッケル及びタングステ
ンからなる群から選択されていることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッド。
7. The method according to claim 6, wherein the hard material layer comprises:
An ink jet recording head selected from the group consisting of zirconium oxide, tantalum, nickel and tungsten.
【請求項8】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記梁
部を含む前記振動板全体が、同一材料で形成されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
8. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the entire diaphragm including the beam portion is formed of the same material.
【請求項9】 請求項1〜8の何れかにおいて、前記圧
力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングによ
り形成され、前記圧電素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。
9. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head, comprising:
【請求項10】 請求項1〜9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。
10. 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
US7380318B2 (en) 2003-11-13 2008-06-03 Canon Kabushiki Kaisha Method of manufacturing liquid discharge head
JP2011189523A (en) * 2010-03-11 2011-09-29 Seiko Epson Corp Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
US9925770B2 (en) 2016-02-02 2018-03-27 Seiko Epson Corporation Wiring substrate, MEMS device, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus
US9950514B2 (en) 2016-02-03 2018-04-24 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element, liquid ejecting head, and piezoelectric element device

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