JP2012218156A - Liquid injection head and method for manufacturing actuator device for the liquid injection head - Google Patents

Liquid injection head and method for manufacturing actuator device for the liquid injection head Download PDF

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達大 漆戸
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem in which stress concentration is apt to occur in a boundary between a displacement portion and a non-displacement portion of a piezoelectric element, causing a failure.SOLUTION: A flow passage forming substrate including predetermined flow passages corresponding a plurality of nozzles is held between a nozzle plate having the nozzles and a vibration plate, and the piezoelectric element is disposed on the surface opposite to the flow passage forming substrate in the vibration plate in conformation to each flow passage. When a predetermined drive signal is given to the piezoelectric element, the piezoelectric element is displaced, and liquid filled in a predetermined flow passage of the flow passage forming substrate, such as ink corresponding to each flow passage, is discharged through the nozzle. When the piezoelectric element is laminated and formed on the vibration plate by semiconductor process, a weight material composed of a metallic member adjacent to the piezoelectric element is formed. Although a site subjected to stress concentration is caused during repeated displacement of the piezoelectric element, the formation of the weight material allows the piezoelectric element to resist the stress concentration.

Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドと同液体噴射ヘッド用アクチュエータ装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle opening and an actuator device for the liquid ejecting head.

液体を噴射する液体噴射ヘッドには、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に圧電素子を設け、圧電素子の変位によって圧力発生室内の圧力変動を行わせてインク滴をノズル開口から吐出するインクジェット式記録ヘッドが知られている。
インクジェット式記録ヘッドとして、複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設するものが知られている。(例えば、特許文献1参照)。
A liquid ejecting head that ejects liquid is provided with a piezoelectric element on one side of a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening. Inkjet recording heads that eject ink droplets from nozzle openings are known.
As an ink jet recording head, a flow path forming substrate in which predetermined flow paths corresponding to a plurality of nozzles are formed is sandwiched between the nozzle plate in which the nozzle is formed and a vibration plate. On the opposite surface, there is known one in which a piezoelectric element is disposed corresponding to each flow path. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2009−208462号公報JP 2009-208462 A

しかしながら、振動板に半導体プロセスで圧電素子を配設するものでは、圧電素子の変位部分と非変位部分との境に応力が集中しやすくなる可能性があった。
本発明はこのような事情に鑑み、振動板に半導体プロセスで圧電素子を配設する場合に応力集中しにくくする液体噴射ヘッドと同液体噴射ヘッド用アクチュエータ装置の製造方法を提供する。
However, in the case where the piezoelectric element is disposed on the diaphragm by a semiconductor process, there is a possibility that stress is likely to concentrate on the boundary between the displaced portion and the non-displaced portion of the piezoelectric element.
In view of such circumstances, the present invention provides a method of manufacturing a liquid ejecting head and an actuator device for the liquid ejecting head that make it difficult for stress concentration to occur when a piezoelectric element is disposed on a diaphragm by a semiconductor process.

上記課題を解決する本発明の態様では、複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設しており、同圧電素子に所定の駆動信号を与えると同圧電素子が変位し、流路形成基板の所定の流路に充填されている液体がノズルより吐出される。   In an aspect of the present invention that solves the above problem, a flow path forming substrate on which predetermined flow paths corresponding to a plurality of nozzles are formed is sandwiched between a nozzle plate on which the nozzles are formed and a vibration plate, and the flow in the vibration plate is determined. Piezoelectric elements are arranged on the surface opposite to the path forming substrate corresponding to each flow path. When a predetermined drive signal is given to the piezoelectric element, the piezoelectric element is displaced, and the predetermined flow of the flow path forming board is determined. The liquid filled in the flow path is discharged from the nozzle.

ここで、上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、上記圧電素子と隣接する金属製部材からなるおもり材を形成している。圧電素子の変位を繰り返すときに応力が集中しやすい部位が生じるが、おもり材を形成することで応力集中に耐えられるようになる。
おもり材が有効に利用される具体的な一例を説明する。圧電素子に駆動信号を印加するためにボトム電極とトップ電極とを配設するが、ボトム電極は共通のものであり、その上に複数個の圧電素子が配設される。このとき、圧電素子はボトム電極上となる部位とボトム電極がとぎれる部位が生じる。ボトム電極上の部位は変位し、ボトム電極がとぎれる部位は変位しないので、この境目に応力が集中しやすい。このため、おもり材を当該圧電素子におけるボトム電極上となる部位とボトム電極がとぎれる部位とをまたぐように形成することで、応力集中部分を押さえるように作用し、変位する側については変位を押さえ、変位しない側については変位を受けるとしてもその力を押さえる。すなわち、変位部分から非変位分にかけて徐々に変位が生じるようにして応力集中を分散させる。
Here, when the piezoelectric element is laminated on the diaphragm by a semiconductor process, a weight material made of a metal member adjacent to the piezoelectric element is formed. A portion where stress is likely to be concentrated occurs when the displacement of the piezoelectric element is repeated, but by forming a weight material, it becomes possible to withstand the stress concentration.
A specific example in which the weight material is effectively used will be described. A bottom electrode and a top electrode are disposed to apply a drive signal to the piezoelectric element. The bottom electrode is common, and a plurality of piezoelectric elements are disposed thereon. At this time, in the piezoelectric element, a part on the bottom electrode and a part where the bottom electrode is disconnected are generated. Since the part on the bottom electrode is displaced, and the part where the bottom electrode is disconnected is not displaced, the stress tends to concentrate on this boundary. For this reason, the weight material is formed so as to straddle the portion on the bottom electrode of the piezoelectric element and the portion where the bottom electrode is cut off, so that it acts to suppress the stress concentration portion and suppresses the displacement on the displacement side. For the non-displacement side, the force is suppressed even if the displacement is received. That is, the stress concentration is dispersed so that the displacement gradually occurs from the displaced portion to the non-displaced portion.

また、所定範囲で共通電極として形成される上記ボトム電極上で、このボトム電極と交差するように複数個の上記圧電素子を所定の間隔を隔てて形成し、上記おもり材は隣り合う上記圧電素子の間で共通として形成するようにしてもよい。
このように、ボトム電極は所定範囲で共通電極として形成され、複数個の上記圧電素子が所定の間隔を隔ててこのボトム電極と交差するように形成されている。このため、隣り合う圧電素子の間でおもり材を共通として形成することができる。
Further, on the bottom electrode formed as a common electrode in a predetermined range, a plurality of the piezoelectric elements are formed at predetermined intervals so as to intersect the bottom electrode, and the weight material is adjacent to the piezoelectric element. May be formed in common.
Thus, the bottom electrode is formed as a common electrode in a predetermined range, and a plurality of the piezoelectric elements are formed so as to intersect the bottom electrode with a predetermined interval. For this reason, a weight material can be formed in common between adjacent piezoelectric elements.

また、半導体プロセスで製造する場合、各圧電素子は上記振動板から離れるにつれて上面が狭まるような断面台形となるように形成され、その側壁部位が傾斜して形成される。このとき、上記おもり材が隣り合う圧電素子の間で同側壁部位を覆うように形成されることでより強固に各圧電素子における応力集中部位を押さえることができる。
さらに、上記おもり材は、上記ボトム電極上で幅広に形成され、上記ボトム電極がとぎれる側に向かうにつれて徐々に幅狭となる形状とするようにしても良い。応力集中の程度が必ずしも一定でないので、それに応じて押さえ込む効果を調整するべく、変位の大きいボトム電極上で幅広に形成され、ボトム電極がとぎれる側に向かうにつれて変位がなくなるのに応じて徐々に幅狭となる形状としている。
Further, in the case of manufacturing by a semiconductor process, each piezoelectric element is formed to have a trapezoidal cross section in which the upper surface becomes narrower as the distance from the diaphragm is increased, and the side wall portion is formed to be inclined. At this time, by forming the weight material so as to cover the same side wall portion between the adjacent piezoelectric elements, the stress concentration portion in each piezoelectric element can be pressed more firmly.
Further, the weight material may be formed in a wide shape on the bottom electrode and gradually narrower toward the side where the bottom electrode is cut off. Since the degree of stress concentration is not always constant, the width is formed on the bottom electrode having a large displacement in order to adjust the effect of pressing. The shape is narrow.

本発明の思想は半導体プロセスで圧電素子を形成する過程においても適用可能であり、その視点からは、液体噴射ヘッドにおける所定の流路部を形成した流路形成基板に対して同流路部に圧力を生じさせる圧電素子を配設したアクチュエータ装置の製造方法であって、上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、上記圧電素子と隣接する金属製部材からなるおもり材を形成する工程を有する発明として把握することが可能である。   The idea of the present invention can also be applied in the process of forming a piezoelectric element by a semiconductor process, and from that viewpoint, the flow path forming substrate in which a predetermined flow path portion in the liquid ejecting head is formed is provided in the same flow path portion. A manufacturing method of an actuator device in which a piezoelectric element for generating pressure is provided, wherein a weight made of a metal member adjacent to the piezoelectric element is formed when the piezoelectric element is laminated on the diaphragm by a semiconductor process. It can be grasped as an invention having a step of forming a material.

本発明によれば、応力集中しやすい部位におもり材を配設することで、応力集中に耐えられるようにして故障が生じにくい液体噴射ヘッドと同液体噴射ヘッド用アクチュエータ装置の製造方法を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head and an actuator device for the liquid ejecting head that can withstand the stress concentration and hardly cause a failure by disposing a weight material in a portion where the stress is easily concentrated. .

本発明の実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a recording head according to an embodiment of the invention. 同記録ヘッドの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the recording head. 同記録ヘッドの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the same recording head. 同記録ヘッドの製造過程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the recording head. 同記録ヘッドの製造過程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the recording head. 同記録ヘッドの製造過程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the recording head. 同記録ヘッドの製造過程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the recording head. 同記録ヘッドの要部の拡大平面図である。FIG. 2 is an enlarged plan view of a main part of the recording head. 同記録ヘッドの要部の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the recording head. 変形例にかかる同記録ヘッドの要部の拡大平面図である。FIG. 6 is an enlarged plan view of a main part of the recording head according to a modified example. 同記録ヘッドの要部の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the recording head. 変形例にかかる同記録ヘッドの要部の拡大平面図である。FIG. 6 is an enlarged plan view of a main part of the recording head according to a modified example. インクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an example of an ink jet recording apparatus.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であ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、図3は図2に示すA−A′矢視断面図である。
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態ではシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜50が形成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head as an example of a liquid jet head according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view, and FIG. 3 is a view taken along the line AA ′ shown in FIG. It is sectional drawing.
As shown in the drawing, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate in the present embodiment, and an elastic film 50 made of silicon dioxide is formed on one surface thereof.

流路形成基板10には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の壁部11によって区画された圧力発生室12がその幅方向(短手方向)に並設された列が、圧力発生室12の長手方向に2列設けられている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、圧力発生室12と共に詳しくは後述するノズル開口毎に個別流路を構成する液体供給路の一例であるインク供給路14と連通路13とが壁部11によって区画されている。インク供給路14及び連通路13は、圧力発生室12の各列において、圧力発生室12の2つの列の外側に配置されている。   The flow path forming substrate 10 includes a row in which pressure generation chambers 12 partitioned by a plurality of wall portions 11 are arranged in parallel in the width direction (short direction) by anisotropic etching from the other surface side. Two rows are provided in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12. In addition, an ink supply path which is an example of a liquid supply path constituting an individual flow path for each nozzle opening, which will be described in detail later, together with the pressure generation chamber 12 on one end side in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10. 14 and the communication path 13 are partitioned by the wall 11. The ink supply path 14 and the communication path 13 are arranged outside the two rows of the pressure generation chambers 12 in each row of the pressure generation chambers 12.

インク供給路14は、詳しくは後述するマニホールド100と圧力発生室12との間でインクに流路抵抗を生じさせるものであり、圧力発生室12の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室12より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路14は、圧力発生室12の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室12の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路14を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路13は、インク供給路14の圧力発生室12とは反対側に連通し、インク供給路14の幅方向(短手方向)より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路13を圧力発生室12と同じ断面積で形成した。   The ink supply path 14 generates a flow path resistance for the ink between the manifold 100 and the pressure generation chamber 12 which will be described in detail. The ink supply path 14 communicates with one end in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 and is a pressure generation chamber. Having a cross-sectional area of less than 12. For example, in the present embodiment, the ink supply path 14 is formed with a width smaller than the width of the pressure generation chamber 12 by narrowing the flow path of the pressure generation chamber 12 in the width direction. As described above, in this embodiment, the ink supply path 14 is formed by narrowing the width of the flow path from one side. However, the ink supply path may be formed by narrowing the width of the flow path from both sides. Further, the ink supply path may be formed by narrowing from the thickness direction instead of narrowing the width of the flow path. Further, each communication path 13 communicates with the side of the ink supply path 14 opposite to the pressure generation chamber 12 and has a larger cross-sectional area than the width direction (short direction) of the ink supply path 14. In the present embodiment, the communication passage 13 is formed with the same cross-sectional area as the pressure generation chamber 12.

すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12と、圧力発生室12の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路14と、このインク供給路14に連通すると共にインク供給路14の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路13とからなる個別流路が複数の壁部11により区画されて設けられた列が2列設けられている。   In other words, the flow path forming substrate 10 is connected to the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14 having a smaller cross-sectional area in the short direction of the pressure generation chamber 12, the ink supply path 14, and the ink supply. Two rows are provided in which the individual flow paths including the communication passage 13 having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area in the short direction of the path 14 are partitioned by the plurality of wall portions 11.

流路形成基板10の圧力発生室12等の個別流路が開口する面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズル形成部材の一例でノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。   On the surface side of the flow path forming substrate 10 where the individual flow paths such as the pressure generation chambers 12 are opened, nozzle openings 21 communicating with the vicinity of the ends of the pressure generation chambers 12 opposite to the ink supply paths 14 are formed. In one example of the nozzle forming member, the nozzle plate 20 is fixed by an adhesive, a heat welding film, or the like. The nozzle plate 20 is made of, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, stainless steel, or the like.

一方、このような流路形成基板10のノズルプレート20とは反対側の面には、上述したように、弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、第1電極(ボトム電極)60と圧電体層70と第2電極(トップ電極)80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、第1電極60、圧電体層70及び第2電極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層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第1電極60を圧電素子300の共通電極とし、第2電極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。すなわち、本実施形態では、圧力発生室12内のインク(液体)に圧力変化を生じさせるアクチュエーター装置として、圧電素子300を設けるようにした。   On the other hand, the elastic film 50 is formed on the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the nozzle plate 20, as described above, and the insulator film 55 is formed on the elastic film 50. ing. Further, a first electrode (bottom electrode) 60, a piezoelectric layer 70, and a second electrode (top electrode) 80 are laminated on the insulator film 55 by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. is doing. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In the present embodiment, the first electrode 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the second electrode 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. That is, in this embodiment, the piezoelectric element 300 is provided as an actuator device that causes a pressure change in the ink (liquid) in the pressure generation chamber 12.

また、このような各圧電素子300の第2電極80には、流路形成基板10のインク供給路14とは反対側の端部近傍まで延設された金(Au)等のリード電極90がそれぞれ接続されている。このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加される。すなわち、本実施形態では、リード電極90の圧電素子300とは反対側の端部が、詳しくは後述する配線基板が電気的に接続される実装部となっている。また、リード電極90を形成する際に、実際の回路を形成することのないダミーリード電極91が形成されている。このダミーリード電極91については後述する。   The second electrode 80 of each piezoelectric element 300 has a lead electrode 90 such as gold (Au) extending to the vicinity of the end of the flow path forming substrate 10 opposite to the ink supply path 14. Each is connected. A voltage is selectively applied to each piezoelectric element 300 via the lead electrode 90. That is, in the present embodiment, the end portion of the lead electrode 90 opposite to the piezoelectric element 300 is a mounting portion to which a wiring board, which will be described in detail later, is electrically connected. In addition, when the lead electrode 90 is formed, a dummy lead electrode 91 that does not form an actual circuit is formed. The dummy lead electrode 91 will be described later.

また、圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、圧電素子300に対向する領域に、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部31を有する保護基板30が、接着剤35等によって接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に配置されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部31は、密封されていても、密封されていなくてもよい。また、圧電素子保持部31は、各圧電素子300毎に独立して設けてもよく、複数の圧電素子300に亘って連続して設けるようにしてもよい。本実施形態では、圧電素子保持部31を複数の圧電素子300に亘って連続して設けるようにした。   Further, on the flow path forming substrate 10 on which the piezoelectric element 300 is formed, the protective substrate 30 having the piezoelectric element holding portion 31 having a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 in a region facing the piezoelectric element 300. Are joined by an adhesive 35 or the like. Since the piezoelectric element 300 is disposed in the piezoelectric element holding portion 31, it is protected in a state where it is hardly affected by the external environment. In addition, the piezoelectric element holding part 31 may be sealed or may not be sealed. Further, the piezoelectric element holding portion 31 may be provided independently for each piezoelectric element 300 or may be provided continuously over a plurality of piezoelectric elements 300. In the present embodiment, the piezoelectric element holding portion 31 is continuously provided across the plurality of piezoelectric elements 300.

さらに、保護基板30上の圧電素子保持部31に相対向する領域には、複数の個別流路の共通のインク室(液体室)となるマニホールド100が設けられている。本実施形態では、マニホールド100は、保護基板30の流路形成基板10との接合面とは反対側の面に設けられた凹部で形成されている。すなわち、保護基板30の流路形成基板10とは反対側に開口しており、マニホールド100の開口は詳しくは後述するコンプライアンス基板40によって封止されている。なお、マニホールド100は、複数の個別流路の短手方向(幅方向)に亘って連続して設けられている。また、マニホールド100は、圧力発生室12の長手方向で保護基板30の両端部近傍まで設けられており、マニホールド100の一端部側は、個別流路の端部に相対向する領域まで設けられている。このようにマニホールド100を圧電素子保持部31の上方(平面視した際に圧電素子保持部31と重なる領域)に設けることで、マニホールド100を、圧力発生室12の長手方向における外側に拡幅する必要がなく、インクジェット式記録ヘッドIの圧力発生室12の長手方向の幅を小さくして小型化することができる。   Further, a manifold 100 serving as a common ink chamber (liquid chamber) for a plurality of individual flow paths is provided in a region facing the piezoelectric element holding portion 31 on the protective substrate 30. In the present embodiment, the manifold 100 is formed by a recess provided on the surface of the protective substrate 30 opposite to the joint surface with the flow path forming substrate 10. That is, the protective substrate 30 is opened on the side opposite to the flow path forming substrate 10, and the opening of the manifold 100 is sealed by a compliance substrate 40, which will be described in detail later. In addition, the manifold 100 is provided continuously over the short direction (width direction) of a plurality of individual flow paths. The manifold 100 is provided to the vicinity of both end portions of the protective substrate 30 in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12, and one end portion side of the manifold 100 is provided to a region facing the end portion of the individual flow path. Yes. Thus, by providing the manifold 100 above the piezoelectric element holding portion 31 (a region overlapping the piezoelectric element holding portion 31 when viewed in plan), it is necessary to widen the manifold 100 to the outside in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12. Therefore, the width in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 of the ink jet recording head I can be reduced to reduce the size.

また、保護基板30には、個別流路である連通路13の端部に一端が連通すると共に、マニホールド100の一端部に他端が連通する厚さ方向に貫通した貫通孔である供給部101が設けられている。供給部101は、本実施形態では、複数の個別流路である連通路13に亘って1つ設けられている。そして、マニホールド100からのインクは、供給部101を介して各個別流路である連通路13、インク供給路14及び圧力発生室12に供給される。すなわち、本実施形態では、供給部101もマニホールド100の一部として機能する。   In addition, the protective substrate 30 has one end communicating with the end portion of the communication path 13 that is an individual flow path, and the supply portion 101 that is a through hole penetrating in the thickness direction with the other end communicating with one end portion of the manifold 100. Is provided. In the present embodiment, one supply unit 101 is provided across the communication path 13 which is a plurality of individual flow paths. Then, the ink from the manifold 100 is supplied to the communication path 13, the ink supply path 14, and the pressure generation chamber 12, which are individual flow paths, via the supply unit 101. That is, in the present embodiment, the supply unit 101 also functions as a part of the manifold 100.

このような保護基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料であるシリコン単結晶基板を用いている。
また、保護基板30には、圧力発生室12の2列の間に対応する領域に、厚さ方向に貫通する貫通孔102が設けられている。この貫通孔102には、配線基板200が挿通されており、配線基板200とアクチュエーター装置の実装部とを電気的に接続するものである。ここで本実施形態では、アクチュエーター装置が圧電素子300であり、圧電素子300に接続されたリード電極90は、その端部が貫通孔102内に配置される位置に設けられている。
Examples of the material of the protective substrate 30 include glass, ceramic material, metal, resin, and the like, but it is preferable that the protective substrate 30 is formed of a material substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10. In this embodiment, a silicon single crystal substrate that is the same material as the flow path forming substrate 10 is used.
Further, the protective substrate 30 is provided with a through hole 102 penetrating in the thickness direction in a region corresponding to the two rows of the pressure generating chambers 12. The wiring board 200 is inserted through the through hole 102 and electrically connects the wiring board 200 and the mounting portion of the actuator device. Here, in the present embodiment, the actuator device is the piezoelectric element 300, and the lead electrode 90 connected to the piezoelectric element 300 is provided at a position where the end portion is disposed in the through hole 102.

また、貫通孔102は、圧電素子300の各列に対して1つずつ設けられている。すなわち、本実施形態では、圧電素子300の列毎に配線基板200が接続されており、圧電素子300の列が2列あるため、貫通孔102は2つ設けられている。そして、互いに隣接する貫通孔102の間には、実装部(リード電極90の端部)を区画する隔壁103が設けられている。振動板となる弾性膜50におけるこの実装部が配置される領域を総称して配線領域と呼んでいる。   Further, one through hole 102 is provided for each row of the piezoelectric elements 300. That is, in the present embodiment, the wiring substrate 200 is connected to each column of the piezoelectric elements 300, and there are two columns of the piezoelectric elements 300, so two through holes 102 are provided. A partition wall 103 that partitions the mounting portion (the end portion of the lead electrode 90) is provided between the adjacent through holes 102. A region where the mounting portion is disposed in the elastic film 50 serving as a vibration plate is collectively referred to as a wiring region.

リード電極90の貫通孔102内に露出した端部には、配線基板200が電気的に接続されている。配線基板200は、図示しない配線上に圧電素子300を駆動するための駆動回路201が実装された可撓性を有するものであり、例えば、チップオンフィルム(COF)やテープキャリアパッケージ(TCP)などのフレキシブルプリント基板(FPC)を用いることができる。   The wiring substrate 200 is electrically connected to the end portion exposed in the through hole 102 of the lead electrode 90. The wiring board 200 has flexibility in which a driving circuit 201 for driving the piezoelectric element 300 is mounted on a wiring (not shown). For example, a chip-on-film (COF), a tape carrier package (TCP), or the like. A flexible printed circuit board (FPC) can be used.

配線基板200とアクチュエーター装置の実装部であるリード電極90とは、配線領域に適量を塗布された異方性導電性接着剤(ACP)210を介して電気的に接続することができる。異方性導電性接着剤210は、配線基板200とリード電極90とを電気的に接続すると共に、配線基板200を貫通孔102内に固定する接着剤としても機能する。   The wiring substrate 200 and the lead electrode 90 which is the mounting portion of the actuator device can be electrically connected via an anisotropic conductive adhesive (ACP) 210 having an appropriate amount applied to the wiring region. The anisotropic conductive adhesive 210 electrically connects the wiring substrate 200 and the lead electrode 90 and also functions as an adhesive that fixes the wiring substrate 200 in the through hole 102.

また、保護基板30のマニホールド100が開口する面側には、封止膜41及び固定板42からなるコンプライアンス基板40が接合され、コンプライアンス基板40によってマニホールド100の開口が封止されている。
封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、厚さが数μm程度のポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム等からなる。
A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded to the surface of the protective substrate 30 where the manifold 100 is opened, and the opening of the manifold 100 is sealed by the compliance substrate 40.
The sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility, for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of about several μm.

また、固定板42は、例えば、厚さが数十μm程度のステンレス鋼(SUS)などの金属などの硬質の材料からなる。固定板42は、図2に示すように、保護基板30のマニホールド100の周囲に亘って設けられており、マニホールド100に相対向する領域は厚さ方向に完全に除去された開口部43となっている。また、固定板42には、開口部43側に突出する突出部44が設けられており、この突出部44には、厚さ方向に貫通してインクが貯留された貯留手段(図示なし)からのインクをマニホールドに供給するための導入路45が設けられている。本実施形態では、突出部44を、供給部101とは反対側に、且つ圧力発生室12の並設方向の一部をマニホールド100に相対向する領域まで突出させるように設けた。このため、導入路45は、保護基板30に設けられた供給部101とは圧力発生室12の長手方向における反対側の端部に設けるようにした。このように、導入路45を保護基板30の供給部101とは反対側の端部に設けることによって、貯留手段から導入されたインクの動圧による影響が供給部101を介して圧力発生室12に及ぼされるのを低減させることができる。   The fixing plate 42 is made of a hard material such as a metal such as stainless steel (SUS) having a thickness of about several tens of μm. As shown in FIG. 2, the fixing plate 42 is provided around the manifold 100 of the protective substrate 30, and a region facing the manifold 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction. ing. Further, the fixed plate 42 is provided with a protruding portion 44 that protrudes toward the opening 43 side, and this protruding portion 44 is provided from a storage means (not shown) that penetrates in the thickness direction and stores ink. An introduction path 45 is provided for supplying the ink to the manifold. In the present embodiment, the projecting portion 44 is provided on the side opposite to the supply portion 101 and so as to project a part of the pressure generating chamber 12 in the juxtaposed direction to a region facing the manifold 100. For this reason, the introduction path 45 is provided at the opposite end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 from the supply part 101 provided in the protective substrate 30. As described above, by providing the introduction path 45 at the end of the protective substrate 30 opposite to the supply unit 101, the influence of the dynamic pressure of the ink introduced from the storage unit is affected by the pressure generation chamber 12 via the supply unit 101. Can be reduced.

そして、このような固定板42の開口部43によって、マニホールド100の一方面は、可撓性を有する封止膜41のみで封止された撓み変形可能な可撓部46となっている。すなわち、本実施形態では、可撓部46は、マニホールド100に相対向する領域の保護基板30の供給部101に相対向する領域と、マニホールド100に相対向する領域の固定板42の導入路45の周囲とに設けられており、可撓部46は、これらの供給部101に相対向する領域と導入路45の周囲とに亘って連続して設けられている。このように、可撓部46を供給部101に相対向する領域と導入路45の周囲とに亘って連続して設けることで、可撓部46を広い面積で形成することができ、マニホールド100内のコンプライアンスを増大させて、圧力変動の悪影響によるクロストークの発生を確実に低減させることができる。   And, by such an opening 43 of the fixing plate 42, one surface of the manifold 100 is a flexible part 46 that can be flexibly deformed and is sealed only by the flexible sealing film 41. In other words, in the present embodiment, the flexible portion 46 includes the introduction path 45 of the region facing the supply unit 101 of the protective substrate 30 in the region facing the manifold 100 and the fixing plate 42 in the region facing the manifold 100. The flexible portion 46 is continuously provided over the region opposite to the supply portion 101 and the periphery of the introduction path 45. Thus, by providing the flexible portion 46 continuously over the region facing the supply portion 101 and the periphery of the introduction path 45, the flexible portion 46 can be formed in a wide area, and the manifold 100. By increasing the internal compliance, it is possible to reliably reduce the occurrence of crosstalk due to the adverse effects of pressure fluctuations.

また、本実施形態では、駆動回路201が実装された配線基板200をリード電極90に接続するようにしたため、保護基板30上に駆動回路201を実装する必要がない。したがって、マニホールド100を圧電素子保持部31の上方に拡幅することができると共に、保護基板30上に広い可撓部46を有するコンプライアンス基板40を設けることができる。   In the present embodiment, since the wiring board 200 on which the driving circuit 201 is mounted is connected to the lead electrode 90, it is not necessary to mount the driving circuit 201 on the protective substrate 30. Therefore, the manifold 100 can be widened above the piezoelectric element holding portion 31, and the compliance substrate 40 having the wide flexible portion 46 can be provided on the protective substrate 30.

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部のインクが貯留された貯留手段からマニホールド100内にインクを取り込み、マニホールド100から供給部101を介してノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路201からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加し、圧電素子300及び振動板をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインクが吐出する。   In such an ink jet recording head according to the present embodiment, ink is taken into the manifold 100 from a storage unit that stores external ink (not shown), and the inside of the manifold 100 reaches the nozzle opening 21 via the supply unit 101. After filling with ink, a voltage is applied between each of the first electrode 60 and the second electrode 80 corresponding to the pressure generating chamber 12 in accordance with a recording signal from the drive circuit 201 to bend the piezoelectric element 300 and the diaphragm. By deforming, the pressure in each pressure generating chamber 12 increases and ink is ejected from the nozzle openings 21.

次に、上記圧電素子300などを半導体プロセスで製造する過程について説明する。図4〜図7は、各過程を断面図により示している。
図4に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板10が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜50を構成する酸化膜51を形成する。
そして、図5に示すように、弾性膜50(酸化膜51)上に、弾性膜50とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜55を形成する。
Next, a process of manufacturing the piezoelectric element 300 and the like by a semiconductor process will be described. 4 to 7 show cross-sectional views of each process.
As shown in FIG. 4, an oxide film 51 constituting an elastic film 50 is formed on the surface of a wafer 110 for flow path forming substrate which is a silicon wafer and in which a plurality of flow path forming substrates 10 are integrally formed.
Then, as shown in FIG. 5, an insulator film 55 made of an oxide film made of a material different from that of the elastic film 50 is formed on the elastic film 50 (oxide film 51).

次いで、図6に示すように、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を順次積層形成すると共に所定形状にパターニングして圧電素子300を形成する。この後、図示していないが全面にわたって絶縁体からなる皮膜層を形成した後、第1電極60と第2電極80との接続用の開口を形成している。
次に、図7に示すように、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って、金属部材として、例えば、金(Au)等からなるリード電極90とダミーリード電極91とを形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して各圧電素子300毎にパターニングする。上述したように、絶縁体からなる皮膜層には第1電極60と第2電極80との接続用の開口を形成しているので、同開口を介してリード電極90は第2電極80と導通している。また、第1電極60についても所定のパターンで導通されている。
Next, as shown in FIG. 6, the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 are sequentially stacked and patterned into a predetermined shape to form the piezoelectric element 300. Thereafter, although not shown, a coating layer made of an insulator is formed over the entire surface, and then an opening for connecting the first electrode 60 and the second electrode 80 is formed.
Next, as shown in FIG. 7, after the lead electrode 90 and the dummy lead electrode 91 made of, for example, gold (Au) are formed as metal members over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, for example, Then, patterning is performed for each piezoelectric element 300 through a mask pattern (not shown) made of a resist or the like. As described above, since the opening for connecting the first electrode 60 and the second electrode 80 is formed in the coating layer made of an insulator, the lead electrode 90 is electrically connected to the second electrode 80 through the opening. is doing. The first electrode 60 is also conducted in a predetermined pattern.

次に、保護基板用ウェハー130を、流路形成基板用ウェハー110上に接着剤35によって接着する。ここで、この保護基板用ウェハー130には、圧電素子保持部31、マニホールド100、供給部101、貫通孔102及び隔壁103等が予め形成されている。なお、この保護基板用ウェハー130は、比較的厚いため、保護基板用ウェハー130を接合することによって流路形成基板用ウェハー110の剛性は著しく向上することになる。その後、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚みに薄くする。   Next, the protective substrate wafer 130 is bonded to the flow path forming substrate wafer 110 by the adhesive 35. Here, a piezoelectric element holding portion 31, a manifold 100, a supply portion 101, a through hole 102, a partition wall 103, and the like are formed in advance on the protective substrate wafer 130. Since the protective substrate wafer 130 is relatively thick, the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is remarkably improved by bonding the protective substrate wafer 130. Thereafter, the flow path forming substrate wafer 110 is thinned to a predetermined thickness.

次いで、流路形成基板用ウェハー110にマスク膜52を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜52を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧力発生室12、連通路13及びインク供給路14等を形成する。
なお、流路形成基板用ウェハー110に個別流路を形成する際には、保護基板用ウェハー130の流路形成基板用ウェハー110側とは反対側の表面を、耐アルカリ性を有する材料、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPTA(ポリパラフェニレンテレフタルアミド)等からなる封止フィルムで封止するのが好ましい。また、本実施形態では、保護基板用ウェハー130に予めマニホールド100及び供給部101を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130とを接合後、流路形成基板用ウェハー110をウェットエッチングして圧力発生室12等を形成する際に、同時にウェットエッチングによりマニホールド100及び供給部101を形成するようにしてもよい。これにより製造工程を簡略化してコストを低減することができる。
Next, a mask film 52 is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, by performing anisotropic etching (wet etching) using an alkaline solution such as KOH on the flow path forming substrate wafer 110 through the mask film 52, the pressure generating chamber 12, the communication path 13, the ink supply path 14, and the like. Form.
When forming the individual flow path on the flow path forming substrate wafer 110, the surface of the protective substrate wafer 130 opposite to the flow path forming substrate wafer 110 side is made of a material having alkali resistance, for example, It is preferable to seal with a sealing film made of PPS (polyphenylene sulfide), PPTA (polyparaphenylene terephthalamide) or the like. In this embodiment, the manifold 100 and the supply unit 101 are provided in advance on the protective substrate wafer 130. However, the present invention is not limited to this. For example, the flow path forming substrate wafer 110, the protective substrate wafer 130, When the flow path forming substrate wafer 110 is wet-etched to form the pressure generation chamber 12 and the like after the bonding, the manifold 100 and the supply unit 101 may be simultaneously formed by wet etching. Thereby, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced.

次いで、保護基板用ウェハー130にコンプライアンス基板40を接合した後、一方の貫通孔102に露出されている圧電素子300の一方の列のリード電極90に配線基板200(図示しない配線)を電気的に接続する。配線基板200とリード電極90との接合は、異方性導電性接着剤210を介して行う。具体的には、異方性導電性接着剤210を貫通孔102内に充填した後、配線基板200をリード電極90上に押圧しながら加熱することで、リード電極90と配線基板200とを接続する。ちなみに、配線基板200をリード電極90上に押圧しながら加熱するには、配線基板200の裏面に当接される実装ツールを利用する。なお、ダミーリード電極91の形成位置とリード電極90の形成位置はずれており、配線基板200の先端部分はリード電極90には接続するが、ダミーリード電極91には接続していない。   Next, after the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130, the wiring substrate 200 (wiring not shown) is electrically connected to the lead electrodes 90 in one row of the piezoelectric elements 300 exposed in the one through hole 102. Connecting. The wiring substrate 200 and the lead electrode 90 are joined via an anisotropic conductive adhesive 210. Specifically, after filling the through hole 102 with the anisotropic conductive adhesive 210, the wiring substrate 200 is heated while being pressed onto the lead electrode 90, thereby connecting the lead electrode 90 and the wiring substrate 200. To do. Incidentally, in order to heat the wiring board 200 while pressing it onto the lead electrode 90, a mounting tool that contacts the back surface of the wiring board 200 is used. Note that the formation position of the dummy lead electrode 91 and the formation position of the lead electrode 90 are deviated, and the tip portion of the wiring substrate 200 is connected to the lead electrode 90 but not connected to the dummy lead electrode 91.

なお、配線基板200を接続する前の工程又は後の工程において、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去し、流路形成基板用ウェハー110の保護基板用ウェハー130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合する。そして、これら流路形成基板用ウェハー110等を、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等に分割することで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIが製造される。もちろん、コンプライアンス基板40も、配線基板200を接続した後に固定するようにしてもよい。   In the process before or after connecting the wiring substrate 200, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 in which the nozzle openings 21 are formed is bonded to the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130. Then, the flow path forming substrate wafer 110 and the like are divided into a single chip size flow path forming substrate 10 and the like as shown in FIG. 1, whereby the ink jet recording head I of this embodiment is manufactured. Of course, the compliance board 40 may be fixed after the wiring board 200 is connected.

図8は記録ヘッドIにおける圧電素子の周辺を拡大平面図により示しており、図9はA−A線矢視断面図により示している。
上述したように第1電極60は共通電極であり、一つの第1電極60に対してこれと直行するように複数の圧電体層70が所定の間隔を隔てて並列して形成されている。このとき圧電体層70は第1電極60の幅よりも長く形成されているので、第1電極60上の部位と、第1電極60の上でない部位が生じている。この意味で、圧電素子300は、第1電極60(ボトム電極)上となる部位と、同第1電極60(ボトム電極)がとぎれる部位とを、またぐように形成されている。一方、第2電極80は圧電体層70の頂部だけに残るようにパターニングして形成されている。すなわち、第2電極80は圧電体層70の長さと同じだけの長さとして形成されている。また、圧電体層70と第2電極80は、その断面が、第1電極60から離れるに従って幅狭となる台形の形状として形成されている。
FIG. 8 shows an enlarged plan view of the periphery of the piezoelectric element in the recording head I, and FIG. 9 shows a cross-sectional view taken along line AA.
As described above, the first electrode 60 is a common electrode, and a plurality of piezoelectric layers 70 are formed in parallel at a predetermined interval so as to be perpendicular to the first electrode 60. At this time, since the piezoelectric layer 70 is formed longer than the width of the first electrode 60, a portion on the first electrode 60 and a portion not on the first electrode 60 are generated. In this sense, the piezoelectric element 300 is formed so as to straddle a portion on the first electrode 60 (bottom electrode) and a portion where the first electrode 60 (bottom electrode) is interrupted. On the other hand, the second electrode 80 is formed by patterning so as to remain only at the top of the piezoelectric layer 70. That is, the second electrode 80 is formed as long as the length of the piezoelectric layer 70. The piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 are formed in a trapezoidal shape in which the cross section becomes narrower as the distance from the first electrode 60 increases.

第2電極80は上述した開口を介してリード電極90と電気的に接続されており、第1電極60も図示しない所定のパターンで他の電極部分に形成されている。そして、第1電極60とリード電極90との間に所定の駆動信号が印加されたとき、第1電極60と第2電極80との間で電界が形成されると、その間の圧電体層70が変位する。圧電体層70は第1電極60に接する部位と接しない部位とがあり、駆動信号が印加されたとき第1電極60に接する部位は変位しようとし、接しない部位は変位しない。すなわち、この境目で圧電体層70には応力が集中することになる。   The second electrode 80 is electrically connected to the lead electrode 90 through the above-described opening, and the first electrode 60 is also formed on another electrode portion in a predetermined pattern (not shown). When a predetermined drive signal is applied between the first electrode 60 and the lead electrode 90 and an electric field is formed between the first electrode 60 and the second electrode 80, the piezoelectric layer 70 therebetween. Is displaced. The piezoelectric layer 70 has a portion that is in contact with the first electrode 60 and a portion that is not in contact with it. When a drive signal is applied, the portion that is in contact with the first electrode 60 tends to be displaced, and the portion that is not in contact is not displaced. That is, stress concentrates on the piezoelectric layer 70 at this boundary.

ここで、リード電極90は圧電素子300の上方で第1電極60と重ならない位置から、上述した配線領域の側に向けて伸びている。これに対してダミーリード電極91は同配線領域にはかからない位置から隣り合う圧電素子300,300の間に向かって伸び、第1電極60と重なる位置まで伸びている。すなわち、それぞれの形成位置はずれている。また、ダミーリード電極91は同第1電極60と交差する位置で少しだけ幅広に形成されるので変形した十字形状となっている。この十字形状の部位を幅広部位91aとする。   Here, the lead electrode 90 extends from the position not overlapping the first electrode 60 above the piezoelectric element 300 toward the wiring region described above. On the other hand, the dummy lead electrode 91 extends from a position not covering the same wiring region to between the adjacent piezoelectric elements 300 and 300 to a position overlapping the first electrode 60. That is, each formation position has shifted | deviated. Further, since the dummy lead electrode 91 is formed slightly wider at the position intersecting with the first electrode 60, it has a deformed cross shape. Let this cross-shaped site | part be the wide site | part 91a.

ダミーリード電極91はリード電極90と同様に金(Au)で形成されている。金は金属であると共に最も質量の大きい元素である。このダミーリード電極91と幅広部位91aが圧電素子300と並んで形成されることになる。すなわち、おもり材として機能しており、互いに隣接する圧電素子300におけ第1電極60(ボトム電極)上となる部位と、同第1電極60(ボトム電極)がとぎれる部位とをまたぐように形成されてる。   The dummy lead electrode 91 is formed of gold (Au) in the same manner as the lead electrode 90. Gold is a metal and the largest element. The dummy lead electrode 91 and the wide portion 91 a are formed side by side with the piezoelectric element 300. That is, it functions as a weight material, and is formed so as to straddle a portion on the first electrode 60 (bottom electrode) and a portion where the first electrode 60 (bottom electrode) is disconnected in the piezoelectric elements 300 adjacent to each other. It has been done.

圧電体層70には上述した部位に応力が集中することになるが、この応力集中部位にダミーリード電極91と幅広部位91aからなるおもり材が形成されている。従って、この部位でおもり材の質量の効果によって変位に基づく応力が圧電体層70だけに集中せず、ダミーリード電極91と幅広部位91aによって分散される。分散されることにより、圧電対素子300に、クラックなどの故障が発生しにくくなる。   In the piezoelectric layer 70, stress concentrates on the above-described portion, and a weight material composed of the dummy lead electrode 91 and the wide portion 91a is formed in the stress concentration portion. Therefore, the stress based on the displacement is not concentrated only on the piezoelectric layer 70 due to the effect of the mass of the weight material at this portion, but is dispersed by the dummy lead electrode 91 and the wide portion 91a. By being dispersed, a failure such as a crack is less likely to occur in the piezoelectric pair element 300.

図10は変形例にかかる記録ヘッドIの要部の拡大平面図であり、図11は拡大断面図である。
この変形例では、ダミーリード電極91に対して幅広部位91aを更に幅広として幅広部位91bを形成している。上述したように圧電素子300は断面が台形に形成されている。本変形例では、幅広部位91bが隣接し合う圧電素子300,300の間をつなぐように台形とした傾斜面の側壁部位を覆うように幅広部位91bを広く形成している。
FIG. 10 is an enlarged plan view of a main part of a recording head I according to a modification, and FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view.
In this modification, the wide portion 91a is further widened with respect to the dummy lead electrode 91 to form the wide portion 91b. As described above, the piezoelectric element 300 has a trapezoidal cross section. In this modification, the wide portion 91b is formed so as to cover the side wall portion of the inclined surface that is trapezoidal so that the wide portion 91b connects between the adjacent piezoelectric elements 300 and 300.

このように形成した場合、おもり材は、応力集中部位に形成されているという効果にとどまらず、より積極的に応力集中部位を押さえつけ、固定するようにも作用する。この結果、変位しようとする部位と変異しない部位との境界をおもり材が全体的に固定しようとするので、一カ所にだけ応力が集中するのではなく、分散されやすくなる。
さらに、図12は、変形例にかかる同記録ヘッドの要部の拡大平面図である。
When formed in this way, the weight material is not limited to the effect that it is formed at the stress concentration site, but also acts to more positively press and fix the stress concentration site. As a result, the weight material tries to fix the entire boundary between the part to be displaced and the part that does not change, so that the stress is not concentrated in one place but is easily dispersed.
Further, FIG. 12 is an enlarged plan view of a main part of the recording head according to the modification.

この変形例では、ダミーリード電極91に対して幅が徐々に変化する幅広部位91cを形成している。すなわち、第1電極60に接して変位しようとする側の端部で幅広部位91cは最も広く、上述した傾斜面とした側壁を覆う位置まで広がっている。しかし、第1電極60に接しておらず変位しない側に向かって徐々に幅狭となり、最終的にはダミーリード電極91の幅と一致する形状となっている。すなわち、おもり材は、第1電極60(ボトム電極)上で幅広に形成され、第1電極60(ボトム電極)がとぎれる側に向かうにつれて徐々に幅狭となっている。   In this modification, a wide portion 91 c whose width gradually changes with respect to the dummy lead electrode 91 is formed. That is, the wide portion 91c is the widest at the end portion on the side to be displaced in contact with the first electrode 60, and extends to a position covering the side wall having the inclined surface described above. However, the width gradually decreases toward the side that is not in contact with the first electrode 60 and is not displaced, and finally has a shape that matches the width of the dummy lead electrode 91. That is, the weight material is formed wide on the first electrode 60 (bottom electrode) and gradually becomes narrower toward the side where the first electrode 60 (bottom electrode) is cut off.

このように形成した場合、圧電素子300における変位しようとする部位でより積極的に固定しようとし、変位しない部位の側に向けて徐々に固定しようとする作用が少なくなる。すなわち、必要な部位で大きな固定力を発し、不要な部位ではさほど大きな固定力を発しないような形状となって、効率的な形状といえる。
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13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。
When formed in this way, the action of trying to fix the portion of the piezoelectric element 300 to be displaced more positively and gradually to the side of the portion not displaced is reduced. That is, it can be said that the shape is such that a large fixing force is generated at a necessary portion and a large fixing force is not generated at an unnecessary portion, so that it is an efficient shape.
In addition, the ink jet recording heads of these embodiments constitute a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and are mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 13 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

図13に示すように、インクジェット式記録装置IIは、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を有し、記録ヘッドユニット1A及び1Bには、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. 13, the ink jet recording apparatus II includes recording head units 1A and 1B each having an ink jet recording head. The recording head units 1A and 1B include cartridges 2A and 2B constituting ink supply means. A carriage 3 that is detachably mounted and 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. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively.

そして、駆動モーター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ー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 timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S that 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.

さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。   Furthermore, the present invention is intended for a wide range of liquid jet heads in general, for example, for manufacturing recording heads such as various ink jet recording heads used in image recording apparatuses such as printers, and color filters such as liquid crystal displays. The present invention can also be applied to a coloring material ejecting head, an organic EL display, an electrode material ejecting head used for forming an electrode such as an FED (field emission display), a bioorganic matter ejecting head used for biochip production, and the like.

また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置IIを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
Further, although the ink jet recording apparatus II has been described as an example of the liquid ejecting apparatus, the liquid ejecting apparatus using the other liquid ejecting heads described above can also be used.
Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiments. It goes without saying for those skilled in the art,
・ Apply by changing the combination of the mutually replaceable members and configurations disclosed in the above embodiments as appropriate.

・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・ Although not disclosed in the above-described embodiments, members and configurations that are known techniques and can be mutually replaced with the members and configurations disclosed in the above-described embodiments are appropriately replaced, and combinations thereof are changed. Although not disclosed in the above embodiments, members and configurations that can be assumed by those skilled in the art as substitutes for the members and configurations disclosed in the above embodiments based on known techniques Replace as appropriate, change the combination and apply

は本発明の一実施例として開示されるものである。 Is disclosed as an embodiment of the present invention.

10…流路形成基板、12…圧力発生室、13…連通路、14…インク供給路、20…ノズルプレート、21…ノズル開口、30…保護基板、40…コンプライアンス基板、41…封止膜、42…固定板、43…開口部、46…可撓部、50…弾性膜、55…絶縁体膜、60…第1電極(ボトム電極)、70…圧電体層、80…第2電極(トップ電極)、90…リード電極(実装部)、91…ダミーリード電極、91a、91b、91c…幅広部位、100…マニホールド、101…供給部、102…貫通孔、103、103A…隔壁、200…配線基板、201…駆動回路、210…異方性導電性接着剤、300…圧電素子(アクチュエーター装置)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Flow path formation board | substrate, 12 ... Pressure generation chamber, 13 ... Communication path, 14 ... Ink supply path, 20 ... Nozzle plate, 21 ... Nozzle opening, 30 ... Protection board | substrate, 40 ... Compliance board | substrate, 41 ... Sealing film, 42 ... fixing plate, 43 ... opening, 46 ... flexible part, 50 ... elastic film, 55 ... insulator film, 60 ... first electrode (bottom electrode), 70 ... piezoelectric layer, 80 ... second electrode (top) Electrode), 90 ... Lead electrode (mounting part), 91 ... Dummy lead electrode, 91a, 91b, 91c ... Wide part, 100 ... Manifold, 101 ... Supply part, 102 ... Through-hole, 103, 103A ... Bulkhead, 200 ... Wiring Substrate, 201... Drive circuit, 210... Anisotropic conductive adhesive, 300... Piezoelectric element (actuator device).

Claims (6)

複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設する液体噴射ヘッドであって、
上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、上記圧電素子と隣接する金属製部材からなるおもり材を形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
A flow path forming substrate in which predetermined flow paths corresponding to a plurality of nozzles are formed is sandwiched between the nozzle plate in which the nozzle is formed and the vibration plate, and each surface of the vibration plate opposite to the flow path forming substrate is placed on each surface. A liquid ejecting head in which a piezoelectric element is disposed corresponding to a flow path,
A liquid ejecting head, wherein a weight member made of a metal member adjacent to the piezoelectric element is formed when the piezoelectric element is laminated on the diaphragm by a semiconductor process.
上記圧電素子は上記振動板の側に共通電極としてのボトム電極を形成されると共に反対の側に個別電極としてのトップ電極を形成されるにあたり、共通電極としての上記ボトム電極に対して複数個の上記圧電素子が形成され、上記おもり材は、互いに隣接する上記圧電素子における上記ボトム電極上となる部位と、同ボトム電極がとぎれる部位とを、またぐように形成されることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。   In the piezoelectric element, when a bottom electrode as a common electrode is formed on the diaphragm side and a top electrode as an individual electrode is formed on the opposite side, a plurality of the piezoelectric elements are formed with respect to the bottom electrode as a common electrode. The piezoelectric element is formed, and the weight material is formed so as to straddle a portion of the piezoelectric element adjacent to each other on the bottom electrode and a portion where the bottom electrode is cut off. The liquid ejecting head according to 1. 所定範囲で共通電極として形成される上記ボトム電極上で、このボトム電極と交差するように複数個の上記圧電素子が所定の間隔を隔てて形成され、上記おもり材は隣り合う上記圧電素子の間で共通として形成されることを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッド。   On the bottom electrode formed as a common electrode in a predetermined range, a plurality of the piezoelectric elements are formed at predetermined intervals so as to intersect the bottom electrode, and the weight material is provided between the adjacent piezoelectric elements. The liquid ejecting head according to claim 2, wherein the liquid ejecting head is formed in common. 各圧電素子は上記振動板から離れるにつれて上面が狭まるような断面台形となるように形成され、その側壁部位が傾斜して形成される場合に、上記おもり材は同側壁部位を覆うように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の液体噴射ヘッド。   Each piezoelectric element is formed so as to have a trapezoidal cross section in which the upper surface is narrowed away from the diaphragm, and when the side wall portion is inclined, the weight material is formed so as to cover the side wall portion. The liquid ejecting head according to claim 3, wherein the liquid ejecting head is provided. 上記おもり材は、上記ボトム電極上で幅広に形成され、上記ボトム電極がとぎれる側に向かうにつれて徐々に幅狭となることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。   5. The liquid jet according to claim 2, wherein the weight material is formed wide on the bottom electrode and gradually becomes narrower toward a side where the bottom electrode is cut off. 6. head. 液体噴射ヘッドにおける所定の流路部を形成した流路形成基板に対して同流路部に圧力を生じさせる圧電素子を配設したアクチュエータ装置の製造方法であって、
振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、上記圧電素子と隣接する金属製部材からなるおもり材を形成することを特徴とする液体噴射ヘッド用アクチュエータ装置の製造方法。
A manufacturing method of an actuator device in which a piezoelectric element that generates pressure in a flow path forming substrate on which a predetermined flow path portion is formed in a liquid ejecting head is provided,
A method of manufacturing an actuator device for a liquid jet head, comprising: forming a weight member made of a metal member adjacent to the piezoelectric element when the piezoelectric element is laminated on the diaphragm by a semiconductor process.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016034739A (en) * 2014-08-04 2016-03-17 セイコーエプソン株式会社 Liquid jet head and liquid jet device

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