JP2000043258A - 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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JP2000043258A
JP2000043258A JP21328698A JP21328698A JP2000043258A JP 2000043258 A JP2000043258 A JP 2000043258A JP 21328698 A JP21328698 A JP 21328698A JP 21328698 A JP21328698 A JP 21328698A JP 2000043258 A JP2000043258 A JP 2000043258A
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Japan
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recording head
jet recording
ink jet
ink
flow path
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JP21328698A
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Japanese (ja)
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Akira Matsuzawa
明 松沢
Manabu Nishiwaki
学 西脇
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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 which eliminate operation failures of a piezoelectric element caused by a change in the external environment such as a humidity or the like. SOLUTION: In the ink-jet type recording head which includes nozzle openings 17 through which ink is discharged, a passage formation substrate 10 where pressure generation chambers 12 communicating with the nozzle openings 17 are formed, and a piezoelectric actuator set at one face of the passage formation substrate 10 for generating a pressure change to the pressure generation chambers 12, a protecting member 20 is jointed to the side of the piezoelectric actuator of the passage formation substrate 10 for covering the piezoelectric actuator of at least an area opposite to the pressure generation chambers 12. The protecting member 20 consists of a liquid-holding member in which an insulating liquid 25 is impregnated and held, so that the piezoelectric actuator is shielded from the outside air and prevented from malfunctioning due to an external environment.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術の分野】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 piezoelectric element in which a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a diaphragm, and a piezoelectric element is formed on the surface of the diaphragm. The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus for ejecting ink droplets by displacement of the ink jet recording head.

【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
に対応する圧電アクチュエータ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 actuator 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】上述した薄膜技術およ
びリソグラフィ法による製造方法では、圧電素子を圧電
材料のスパッタリングにより構成した場合には、グリー
ンシートを焼成して構成されたものに比較して、同一電
圧で駆動すると圧電素子が薄い分だけ高い電界が印加さ
れ、大気中の湿気を吸収した場合には駆動電極間のリー
ク電流が増加しやすく、ついには絶縁破壊に至るという
問題を抱えている。このような問題を解決するために、
圧電素子を酸化膜、窒化膜又は有機膜等からなる環境保
護膜で覆い、外部環境から隔離したものが提案されてい
る。
In the above-described manufacturing method using the thin film technology and the lithography method, when the piezoelectric element is formed by sputtering a piezoelectric material, compared with the structure formed by firing a green sheet, When driven at the same voltage, a high electric field is applied due to the thinness of the piezoelectric element, and when absorbing moisture in the air, the leakage current between the drive electrodes is likely to increase, eventually leading to dielectric breakdown. . To solve such a problem,
A proposal has been made in which a piezoelectric element is covered with an environmental protection film made of an oxide film, a nitride film, an organic film, or the like, and is isolated from an external environment.

【0008】しかしながら、酸化膜及び窒化膜を環境保
護膜として用いるには、剛性が高いため使用が困難であ
るという問題がある。また、有機膜の場合には、比較的
容易に圧電素子を保護できるが、より容易に使用するこ
とができ、且つ信頼性を向上したものが望まれている。
However, there is a problem that it is difficult to use an oxide film and a nitride film as environmental protection films because of their high rigidity. In the case of an organic film, the piezoelectric element can be protected relatively easily, but one that can be used more easily and has improved reliability is desired.

【0009】本発明は、このような事情に鑑み、膜形成
技術により形成された圧電素子の湿気等の外部環境の変
化に起因する動作不良を解消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, the present invention provides an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus which eliminate malfunctions caused by changes in the external environment such as humidity of a piezoelectric element formed by a film forming technique. The task is to

【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、インクを吐出するノズル開口と、該
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成
基板と、該流路形成基板の一方の面に設けられて前記圧
力発生室に圧力変化を生じさせる圧電アクチュエータと
を備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記流
路形成基板の前記圧電アクチュエータ側に接合され、少
なくとも前記圧力発生室に対向する領域の前記圧電アク
チュエータを覆う保護部材を具備し、当該保護部材は、
絶縁性液体を含浸保持する液体保持部材からなることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate having a nozzle opening for discharging ink, a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening, and A piezoelectric actuator provided on one surface of the flow path forming substrate and configured to generate a pressure change in the pressure generating chamber, wherein the ink jet recording head is joined to the piezoelectric actuator side of the flow path forming substrate, at least A protection member that covers the piezoelectric actuator in a region facing the pressure generating chamber, the protection member includes:
An ink jet recording head, comprising a liquid holding member for impregnating and holding an insulating liquid.

【0011】かかる第1の態様では、圧電アクチュエー
タが保護部材によって、外部環境と遮断され、圧電アク
チュエータの圧電体層への水分の吸着が防止され、且つ
絶縁性液体の含浸保持が容易である。
In the first aspect, the piezoelectric actuator is shielded from the external environment by the protection member, the adsorption of moisture to the piezoelectric layer of the piezoelectric actuator is prevented, and the insulating liquid is easily impregnated and held.

【0012】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記保護部材と前記圧電アクチュエータとの間に
は、前記圧電アクチュエータの駆動を妨げない程度の空
間が確保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 second aspect of the present invention, in the first aspect, a space is provided between the protection member and the piezoelectric actuator to such an extent that the driving of the piezoelectric actuator is not hindered. And an ink jet recording head.

【0013】かかる第2の態様は、保護部材と圧電アク
チュエータとが非接触となっており、インクの吐出を妨
げることがない。
In the second aspect, the protection member and the piezoelectric actuator are not in contact with each other, and do not hinder ink ejection.

【0014】本発明の第3の態様は、第2の態様におい
て、前記空間には、前記絶縁性液体が封入されているこ
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 third aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to the second aspect, wherein the insulating liquid is sealed in the space.

【0015】かかる第3の態様では、絶縁性液体によっ
て、圧電アクチュエータの圧電体層への水分の吸着が防
止され、また、液体の空間への充填は、液体保持部材を
通して行うことができる。
In the third aspect, the insulating liquid prevents moisture from adsorbing to the piezoelectric layer of the piezoelectric actuator, and the space can be filled with the liquid through the liquid holding member.

【0016】本発明の第4の態様は、第1の態様におい
て、前記保護部材は、弾性変形可能であり前記圧電アク
チュエータに密着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。
A fourth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the first aspect, wherein the protection member is elastically deformable and is in close contact with the piezoelectric actuator.

【0017】かかる第4の態様では、保護部材によっ
て、圧電アクチュエータの圧電体層への水分の吸着が確
実に防止され、且つ保護部材が弾性変形可能であるた
め、インクの吐出を妨げることがない。
In the fourth aspect, the protection member reliably prevents moisture from adsorbing to the piezoelectric layer of the piezoelectric actuator, and since the protection member is elastically deformable, does not hinder ink ejection. .

【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、前記絶縁性液体はシリコーンオイル及
びフッ素系不活性液体からなる群から選択されることを
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, there is provided the ink jet method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the insulating liquid is selected from the group consisting of a silicone oil and a fluorine-based inert liquid. In the recording head.

【0019】かかる第5の態様では、圧電アクチュエー
タがシリコーンオイルまたはフッ素系不活性液により外
部から隔離される。
In the fifth aspect, the piezoelectric actuator is isolated from the outside by the silicone oil or the fluorine-based inert liquid.

【0020】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記液体保持部材が、連続気泡を有す
る発泡性樹脂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。
A sixth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to fifth aspects, wherein the liquid holding member is a foamable resin having open cells.

【0021】かかる第6の態様では、発泡性樹脂に絶縁
性液体が含浸されて保護部材が形成される。
In the sixth aspect, the protective member is formed by impregnating the foaming resin with the insulating liquid.

【0022】本発明の第7の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記液体保持部材が、繊維又はパルプ
からなる液体吸収性材料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 seventh aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to any one of the first to fifth aspects, wherein the liquid holding member is a liquid absorbing material made of fiber or pulp. is there.

【0023】かかる第7の態様は、繊維又はパルプから
なる液体吸収性材料に絶縁性液体が含浸されて保護部材
が形成される。
In the seventh aspect, the protective member is formed by impregnating the insulating liquid into the liquid absorbing material made of fiber or pulp.

【0024】本発明の第8の態様は、第1〜7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、前記圧電アクチュ
エータの各層が成膜及びリソグラフィ法により形成され
たものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドにある。
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric actuator is formed by film formation. An ink jet recording head is formed by a lithography method.

【0025】かかる第8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 eighth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【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、前記流路形成基板には前記圧力発生室
に連通されるリザーバが画成され、前記ノズル開口を有
するノズルプレートが接合され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, a reservoir communicating with the pressure generating chamber is defined in the flow path forming substrate, and the nozzle having the nozzle opening is provided. An ink jet recording head is characterized in that the plates are joined.

【0027】かかる第9の態様では、ノズル開口からイ
ンクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを容易に実
現できる。
According to the ninth aspect, an ink jet recording head that discharges ink from the nozzle openings can be easily realized.

【0028】本発明の第10の態様は、第1〜9の何れ
かの態様において、前記流路形成基板には、前記圧力発
生室にインクを供給する共通インク室と、前記圧力発生
室と前記ノズル開口とを連通する流路とを形成する流路
ユニットが接合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 tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the flow path forming substrate includes a common ink chamber for supplying ink to the pressure generating chamber; A flow path unit for forming a flow path communicating with the nozzle opening is joined to the ink jet recording head.

【0029】かかる第10の態様では、流路ユニットを
介してノズル開口からインクが吐出される。
In the tenth aspect, ink is ejected from the nozzle opening via the flow path unit.

【0030】本発明の第11の態様は、第1〜10の何
れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備するこ
とを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
An eleventh aspect of the present invention is an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to tenth aspects.

【0031】かかる第11の態様では、ヘッドの信頼性
を向上したインクジェット式記録装置を実現することが
できる。
According to the eleventh aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus with improved head reliability.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施形態に係
るインクジェット式記録ヘッドを示す組立斜視図であ
り、図2(a)及び(b)は、その1つの圧力発生室の
長手方向及びそれに交差する方向におけるそれぞれの断
面構造を示す図である。
FIG. 1 is an assembled perspective view showing an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are longitudinal views of one of the pressure generating chambers. It is a figure which shows each cross-section in the direction and the direction which intersects it.

【0033】図示するように、流路形成基板10は、本
実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板10としては、通常、150〜3
00μm程度の厚さのものが用いられ、望ましくは18
0〜280μm程度、より望ましくは220μm程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, usually 150 to 3
A thickness of about 00 μm is used.
Those having a thickness of about 0 to 280 μm, more preferably about 220 μm are suitable. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.

【0034】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.

【0035】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、
複数の隔壁11により区画された圧力発生室12の列1
3が2列と、2列の圧力発生室12の三方を囲むように
略コ字状に配置されたリザーバ14と、各圧力発生室1
2とリザーバ14とを一定の流体抵抗で連通するインク
供給口15がそれぞれ形成されている。なお、リザーバ
14の略中央部には、外部から当該リザーバ14にイン
クを供給するためのインク導入孔16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,
Row 1 of pressure generating chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11
3 are arranged in a substantially U-shape so as to surround three rows of the two rows of pressure generating chambers 12, and each of the pressure generating chambers 1.
An ink supply port 15 for communicating the reservoir 2 with the reservoir 14 at a constant fluid resistance is formed. In addition, an ink introduction hole 16 for supplying ink to the reservoir 14 from outside is formed at a substantially central portion of the reservoir 14.

【0036】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 the silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the substrate is gradually eroded and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane are formed. 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.

【0037】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。ここで、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。また、各圧力発生室12の
一端に連通する各インク供給口15は、圧力発生室12
より浅く形成されている。すなわち、インク供給口15
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。
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. Here, the elastic film 50 is
The amount attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small. Further, each ink supply port 15 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is connected to one of the pressure generating chambers 12.
It is formed shallower. That is, the ink supply port 15
Is formed by etching (half-etching) the silicon single crystal substrate halfway in the thickness direction. Note that the half etching is performed by adjusting the etching time.

【0038】また、流路形成基板10の開口面側には、
各圧力発生室12のインク供給口15とは反対側で連通
するノズル開口17が穿設されたノズルプレート18が
接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。な
お、ノズルプレート18は、厚さが例えば、0.1〜1
mm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、又
は不錆鋼などからなる。ノズルプレート18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。
Further, on the opening side of the flow path forming substrate 10,
A nozzle plate 18 in which a nozzle opening 17 communicating with the ink supply port 15 of each pressure generating chamber 12 on the opposite side is formed is fixed via an adhesive or a heat welding film. The thickness of the nozzle plate 18 is, for example, 0.1 to 1
mm, the coefficient of linear expansion is 300 ° C. or less, for example, 2.5 to
It is made of 4.5 [× 10 −6 / ° C.] glass-ceramic or non-rusting steel. The nozzle plate 18 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 on one surface, and also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impact and external force.

【0039】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17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17は数十μmの径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 17 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 17 need to be formed with a diameter of several tens of μm with high accuracy.

【0040】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0.2〜
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300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7
0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60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 0.2 to
The lower electrode film 60 having a thickness of about 1 μm
The piezoelectric film 300 and the upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are laminated and formed by a process described later, thereby forming the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300
Denotes 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 7 are used as a common electrode.
0 is 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 piezoelectric element 300 and a vibration plate whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator. In the example described above, the elastic film 50 and the lower electrode film 60 function as a diaphragm, but the lower electrode film may also serve as the elastic film.

【0041】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3及び図4を参照しながら説明する。
Here, a process of 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 FIGS.

【0042】図3(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. 3A, 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.

【0043】次に、図3(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600〜100
0℃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. 3B, 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 to be described later, which is formed by sputtering or a sol-gel method, has a thickness of 600 to 100
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 0 ° 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.

【0044】次に、図3(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. 3C, 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.

【0045】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 aqueous alkali solution may be used.

【0046】次に、図3(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. 3D, 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.

【0047】次に、図3(e)に示すように、各圧力発
生室12それぞれに対して圧電素子を配設するように、
上電極膜80及び圧電体膜70のパターニングを行う。
図3(e)では圧電体膜70を上電極膜80と同一のパ
ターンでパターニングを行った場合を示しているが、上
述したように、圧電体膜70は必ずしもパターニングを
行う必要はない。これは、上電極膜80のパターンを個
別電極として電圧を印加した場合、電界はそれぞれの上
電極膜80と、共通電極である下電極膜60との間にか
かるのみで、その他の部位には何ら影響を与えないため
である。しかしながら、この場合には、同一の排除体積
を得るためには大きな電圧印加が必要となるため、圧電
体膜70もパターニングするのが好ましい。また、この
後、下電極膜60をパターニングして不要な部分を除去
する。
Next, as shown in FIG. 3E, a piezoelectric element is provided for each of the pressure generation chambers 12.
The upper electrode film 80 and the piezoelectric film 70 are patterned.
FIG. 3E shows a case where the piezoelectric film 70 is patterned with the same pattern as the upper electrode film 80. However, as described above, the piezoelectric film 70 does not necessarily need to be patterned. This is because, when a voltage is applied using the pattern of the upper electrode film 80 as an individual electrode, an electric field is applied only between each upper electrode film 80 and the lower electrode film 60 which is a common electrode. This has no effect. However, in this case, it is necessary to apply a large voltage to obtain the same excluded volume. Therefore, it is preferable to pattern the piezoelectric film 70 as well. Thereafter, the lower electrode film 60 is patterned to remove unnecessary portions.

【0048】ここで、パターニングには、レジストパタ
ーンを形成した後、エッチング等を行うことにより実施
する。
Here, the patterning is performed by forming a resist pattern and then performing etching or the like.

【0049】レジストパターンは、例えば、ネガレジス
トをスピンコートなどにより塗布し、所定形状のマスク
を用いて露光・現像・ベークを行うことにより形成す
る。なお、勿論、ネガレジストの代わりにポジレジスト
を用いてもよい。
The resist pattern is formed, for example, by applying a negative resist by spin coating or the like, and performing exposure, development, and baking using a mask having a predetermined shape. Of course, a positive resist may be used instead of the negative resist.

【0050】また、エッチングは、ドライエッチング装
置、例えば、イオンミリング装置を用いて二酸化シリコ
ン膜が露出するまで行う。なお、エッチング後には、レ
ジストパターンをアッシング装置等を用いて除去する。
The etching is performed using a dry etching apparatus, for example, an ion milling apparatus until the silicon dioxide film is exposed. After the etching, the resist pattern is removed using an ashing device or the like.

【0051】また、ドライエッチング法としては、イオ
ンミリング法以外に、反応性エッチング法等を用いても
よい。また、ドライエッチングの代わりにウェットエッ
チングを用いることも可能であるが、ドライエッチング
法と比較してパターニング精度が多少劣り、上電極膜8
0の材料も制限されるので、ドライエッチングを用いる
のが好ましい。
As a dry etching method, a reactive etching method or the like may be used in addition to the ion milling method. It is also possible to use wet etching instead of dry etching, but the patterning accuracy is somewhat inferior to the dry etching method, and the upper electrode film 8
Since the material of 0 is also limited, it is preferable to use dry etching.

【0052】次いで、図4(a)に示すように、上電極
膜80の周縁部及び圧電体膜70の側面を覆うように絶
縁体層90を形成する。この絶縁体層90の材料として
は、本実施形態ではネガ型の感光性ポリイミドを用いて
いる。
Next, as shown in FIG. 4A, an insulator layer 90 is formed so as to cover the periphery of the upper electrode film 80 and the side surfaces of the piezoelectric film 70. In this embodiment, a negative photosensitive polyimide is used as a material of the insulator layer 90.

【0053】次に、図4(b)に示すように、絶縁体層
90をパターニングすることにより、各連通部14に対
向する部分にコンタクトホール90aを形成する。この
コンタクトホール90aは、後述するリード電極100
と上電極膜80との接続をするためのものである。
Next, as shown in FIG. 4B, by patterning the insulator layer 90, a contact hole 90a is formed in a portion facing each communication portion 14. This contact hole 90a is provided with a lead electrode 100 described later.
And the upper electrode film 80.

【0054】次に、例えば、Cr−Auなどの導電体を
全面に成膜した後、パターニングすることにより、リー
ド電極100を形成する。
Next, for example, a lead electrode 100 is formed by depositing a conductor such as Cr-Au on the entire surface and then patterning the conductor.

【0055】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4(c)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。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 4C, the silicon single crystal substrate is subjected to anisotropic etching with the above-described alkali solution to form the pressure generating chamber 12 and the like.

【0056】なお、以上説明した一連の膜形成および異
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にノズルプレート18を接着
してインクジェット式記録ヘッドとする。
In the above-described series of film formation and anisotropic etching, a large number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after completion of the process, a flow path of one chip size as shown in FIG. It is divided for each forming substrate 10. Also,
The nozzle plate 18 is adhered to the divided flow path forming substrate 10 to form an ink jet recording head.

【0057】また、このように構成された本実施形態の
インクジェット式記録ヘッドには、流路形成基板10の
圧電素子300側に、絶縁性液体25が含浸された保護
部材20が設けられている。
Further, in the ink jet recording head of this embodiment thus configured, the protection member 20 impregnated with the insulating liquid 25 is provided on the flow path forming substrate 10 on the piezoelectric element 300 side. .

【0058】この保護部材20は、一方面側に圧電素子
300に接触しない程度の空間からなる凹部20aを有
し、圧力発生室12の各列13の間に対向する領域に
は、凹部20aを区画する区画壁20bが設けられてい
る。また、凹部20aを画成する流路形成基板10の周
縁、及び区画壁20bが流路形成基板10に当接する当
接部20cとなっており、この当接部20cが下電極膜
60上に、例えば、接着剤等で固着されている。このと
き、本実施形態では、各圧電素子300の上電極膜80
に接続されたリード電極100が、長手方向に流路形成
基板10の端部近傍までパターニングされているため、
保護部材20は、このリード電極100を狭持した状態
で固着される。
The protection member 20 has a concave portion 20a on one side which is a space that does not come into contact with the piezoelectric element 300, and a concave portion 20a is formed in a region facing each row 13 of the pressure generating chambers 12. A partition wall 20b for partitioning is provided. Further, the periphery of the flow path forming substrate 10 defining the concave portion 20a and the partition wall 20b form a contact portion 20c which comes into contact with the flow path forming substrate 10, and the contact portion 20c is provided on the lower electrode film 60. , For example, with an adhesive or the like. At this time, in the present embodiment, the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300 is used.
Since the lead electrode 100 connected to the substrate is patterned in the longitudinal direction up to near the end of the flow path forming substrate 10,
The protection member 20 is fixed with the lead electrode 100 held therebetween.

【0059】なお、本実施形態では、保護部材20を下
電極膜60上に固着しているが、これに限定されず、例
えば、流路形成基板10に直接、あるいは弾性膜50上
に、固着してもよい。何れにしても、保護部材20を確
実に固着することができる。
In this embodiment, the protection member 20 is fixed on the lower electrode film 60, but is not limited to this. For example, the protection member 20 is fixed directly on the flow path forming substrate 10 or on the elastic film 50. May be. In any case, the protection member 20 can be securely fixed.

【0060】これにより、圧電素子300は、この保護
部材20の凹部20a内にその駆動が妨げられない状態
で保持されている。また、本実施形態では、保護部材2
0と圧電素子300との間の凹部20a内の空間には、
絶縁性液体25が封入され、圧電素子300が外気に触
れないようになっている。
Thus, the piezoelectric element 300 is held in the recess 20a of the protection member 20 in a state where the driving thereof is not hindered. In the present embodiment, the protection member 2
In the space in the concave portion 20a between 0 and the piezoelectric element 300,
The insulating liquid 25 is sealed so that the piezoelectric element 300 does not come into contact with the outside air.

【0061】ここで、保護部材20は、絶縁性液体25
を含浸保持する液体保持部材からなる。ここで、液体保
持部材とは、液体を吸収して保持する性質を有し、且つ
少なくとも一定形状に保持可能な程度の強度を有する材
料であり、例えば、材料内に互いに連通する多数の小孔
又は間隙によって通気性を有し、この小孔又は間隙内に
液体を吸収保持する材料をいい、各種多孔性材料、ある
いは発泡樹脂材料、又は各種繊維若しくはパルプ類を固
めた材料等が挙げられ、例えば、本実施形態では、発泡
樹脂材料、いわゆる「フォーム」を用いた。また、この
液体保持部材は、それ自体は通気性を有するが、絶縁性
液体25を含浸保持することにより気密性を有し、これ
により、外部雰囲気との隔離が可能となる。したがっ
て、絶縁性液体25は、液体保持部材に十分に含浸され
ればよく、必ずしも内部空間にまで充填する必要はな
い。
Here, the protective member 20 is made of an insulating liquid 25.
And a liquid holding member for impregnating and holding. Here, the liquid holding member is a material having a property of absorbing and holding a liquid and having at least a strength capable of holding the liquid in a certain shape. For example, a number of small holes communicating with each other in the material Or has a gas permeability by the gap, refers to a material that absorbs and retains liquid in the small holes or gaps, various porous materials, or foamed resin materials, or a material obtained by hardening various fibers or pulp, and the like. For example, in the present embodiment, a foamed resin material, a so-called “foam” is used. In addition, the liquid holding member has air permeability itself, but has airtightness by impregnating and holding the insulating liquid 25, thereby enabling isolation from an external atmosphere. Therefore, the insulating liquid 25 only needs to be sufficiently impregnated into the liquid holding member, and does not necessarily need to be filled into the internal space.

【0062】しかも、圧電体能動部320の駆動による
保護部材20内部の圧力変化は、液体保持部材に含浸保
持されている絶縁性液体25によって吸収されるまた、
絶縁性液体25は、シリコーンオイル又はフッ素系不活
性液体であることが好ましく、例えば、本実施形態で
は、シリコーンオイルを用いている。
Moreover, the pressure change inside the protection member 20 due to the driving of the piezoelectric active part 320 is absorbed by the insulating liquid 25 impregnated and held in the liquid holding member.
The insulating liquid 25 is preferably a silicone oil or a fluorine-based inert liquid. For example, in the present embodiment, the silicone oil is used.

【0063】保護部材20の形成方法、すなわち、絶縁
性液体25の液体保持部材への含浸及びその内部への充
填方法は、特に限定されず、液体保持部材が液体を吸収
し保持する性質を有する材料であるため、例えば、流路
形成基板10に液体保持部材を固着した後、この液体保
持部材の外面から絶縁性液体25を容易に含浸させるこ
とができる。また、さらに含浸させることにより、内部
の空間にも絶縁性液体25を容易に充填することができ
る。
The method of forming the protective member 20, that is, the method of impregnating the liquid holding member with the insulating liquid 25 and filling the inside thereof is not particularly limited, and the liquid holding member has a property of absorbing and holding the liquid. Since the material is a material, for example, after the liquid holding member is fixed to the flow path forming substrate 10, the insulating liquid 25 can be easily impregnated from the outer surface of the liquid holding member. Further, by further impregnating, the inner space can be easily filled with the insulating liquid 25.

【0064】このような構成により、圧電素子300
は、保護部材20によって外部環境と完全に遮断され、
圧電素子300の圧電体膜70への水分の吸着を防止す
ることができる。また、外部環境の変化による圧電体膜
70の温度変化を防止することができる。したがって、
下電極膜60と上電極膜80との間のリーク電流を増加
させることがなく高い絶縁抵抗を維持することができる
ため、一定の変位量で圧力発生室12を膨張、収縮させ
て良好な印刷品質を維持することができる。
With such a configuration, the piezoelectric element 300
Is completely shut off from the external environment by the protection member 20,
Adsorption of moisture on the piezoelectric film 70 of the piezoelectric element 300 can be prevented. Further, it is possible to prevent a change in the temperature of the piezoelectric film 70 due to a change in the external environment. Therefore,
Since a high insulation resistance can be maintained without increasing a leak current between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80, the pressure generating chamber 12 is expanded and contracted with a fixed displacement amount to achieve good printing. Quality can be maintained.

【0065】さらに、本実施形態では、保護部材20が
絶縁性液体を含浸した液体保持部材からなるため、圧電
体能動部320の駆動の際、含浸された絶縁性液体25
によって、保護部材20内で圧力変化が吸収され、圧電
体能動部320の駆動を妨げることがない。
Further, in the present embodiment, since the protection member 20 is formed of a liquid holding member impregnated with an insulating liquid, when the piezoelectric active portion 320 is driven, the impregnated insulating liquid 25 is impregnated.
Accordingly, the pressure change is absorbed in the protection member 20 and does not hinder the driving of the piezoelectric active portion 320.

【0066】なお、本実施形態では、保護部材20を流
路形成基板10の周縁及び圧力発生室12の列13が対
向する中央線領域の区画壁20bで固定するようにした
が、これに限定されず、例えば、図5に示すように、保
護部材20の各圧力発生室12の隔壁11に対向する領
域にさらに区画壁20bを設けて、各圧電素子300毎
に画成された空間にそれぞれ絶縁性液体25を充填する
ようにしてもよい。これにより、他の圧電素子300の
変化の影響が抑えられ、より確実に圧電体能動部320
の良好な駆動を保持することができる。また、この場合
にも、保護部材20が絶縁性液体25が含浸された液体
保持部材からなるため、各圧電素子300毎に画成され
たそれぞれの空間に、絶縁性液体25を容易に充填する
ことができる。また、保護部材20の各空間内の圧力変
化は、絶縁性液体25によって吸収される。
In this embodiment, the protection member 20 is fixed by the partition wall 20b in the center line region where the periphery of the flow path forming substrate 10 and the row 13 of the pressure generating chambers 12 face each other. However, for example, as shown in FIG. 5, a partition wall 20 b is further provided in a region of each of the pressure generating chambers 12 of the protective member 20 facing the partition 11, and each of the partition walls 20 b is provided in a space defined for each of the piezoelectric elements 300. The insulating liquid 25 may be filled. Thereby, the influence of the change of the other piezoelectric element 300 is suppressed, and the piezoelectric active unit 320 is more reliably
Good driving can be maintained. Also in this case, since the protection member 20 is formed of a liquid holding member impregnated with the insulating liquid 25, each space defined for each piezoelectric element 300 is easily filled with the insulating liquid 25. be able to. Further, the pressure change in each space of the protection member 20 is absorbed by the insulating liquid 25.

【0067】(実施形態2)図6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断面図である。本実
施形態は、図6に示すように、保護部材20と圧電素子
300との間に空間を設けず、保護部材20を圧電素子
300と密着するように設けた以外は実施形態1と同様
である。なお、本実施形態では、保護部材20を構成す
る液体保持材料は、圧電体能動部320の駆動の妨げに
ならないように、弾性変形可能な材料、例えば、スポン
ジ状の発泡樹脂材料を用いた。
(Embodiment 2) FIG. 6 is a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 2. This embodiment is the same as the first embodiment except that no space is provided between the protection member 20 and the piezoelectric element 300 as shown in FIG. 6, and the protection member 20 is provided so as to be in close contact with the piezoelectric element 300. is there. In the present embodiment, a material that can be elastically deformed, for example, a sponge-like foamed resin material, is used as the liquid holding material constituting the protection member 20 so as not to hinder the driving of the piezoelectric active portion 320.

【0068】このような構成によっても、実施形態1と
同様に、圧電体能動部320の駆動を妨げることなく、
良好な印刷品質を保持することができる。また、本実施
形態では、圧電素子300の圧電体膜70には、保護部
材20が密着されているため、より確実に、圧電体膜7
0への水分の吸着等を防止することができ、且つ圧電体
能動部320の駆動を妨げることがない。
With such a configuration, similarly to the first embodiment, the driving of the piezoelectric active portion 320 is not hindered.
Good print quality can be maintained. In the present embodiment, since the protection member 20 is in close contact with the piezoelectric film 70 of the piezoelectric element 300, the piezoelectric film 7
It is possible to prevent moisture from adsorbing to zero, and does not hinder the driving of the piezoelectric active part 320.

【0069】(他の実施形態)以上、本発明の実施形態
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.

【0070】例えば、上述の実施形態では、上電極膜8
0は、絶縁体層90に設けられたコンタクトホール90
a内でリード電極100と接続され、このリード電極1
00を保護部材20の外側まで延設されて外部配線と接
続されているが、これに限定されず、例えば、図7に示
すように、圧電体膜70及び上電極膜80を保護部材2
0の外側まで延設して外部配線と接続するようにしても
よい。この場合、下電極膜60も外部まで延設するよう
にしてもよいが、無駄な駆動を除去するために下電極膜
60は圧力発生室12に対向する領域内のみとしてい
る。また、例えば、図8に示すように、下電極膜60は
外部まで延設して、圧力発生室12の長手方向端部近傍
に対応する領域の下電極膜60上に絶縁性を有する絶縁
体層90Aを形成すると共に、圧電体膜70を圧力発生
室12に対向する領域のみに設け、この絶縁体層90A
に上電極膜80のみを保護部材20の外側まで延設する
ようにしてもよい。この場合、圧電体層70の端部の下
側まで設けて絶縁不良を防止するのが好ましい。
For example, in the above embodiment, the upper electrode film 8
0 is a contact hole 90 provided in the insulator layer 90
a, the lead electrode 100 is connected to the lead electrode 100.
00 is extended to the outside of the protection member 20 and connected to an external wiring, but is not limited to this. For example, as shown in FIG.
It may be extended to the outside of 0 and connected to an external wiring. In this case, the lower electrode film 60 may be extended to the outside, but the lower electrode film 60 is only provided in a region facing the pressure generating chamber 12 in order to eliminate unnecessary driving. For example, as shown in FIG. 8, the lower electrode film 60 extends to the outside, and an insulator having an insulating property is formed on the lower electrode film 60 in a region corresponding to the vicinity of the longitudinal end of the pressure generating chamber 12. In addition to forming the layer 90A, the piezoelectric film 70 is provided only in a region facing the pressure generating chamber 12, and the insulating layer 90A
Alternatively, only the upper electrode film 80 may be extended to the outside of the protection member 20. In this case, it is preferable to provide the piezoelectric layer 70 under the end of the piezoelectric layer 70 to prevent insulation failure.

【0071】また、例えば、上述した実施形態では、流
路形成基板10に圧力発生室12と共にリザーバ14を
形成しているが、共通インク室を形成する部材を流路形
成基板10に重ねて設けてもよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, the reservoir 14 is formed together with the pressure generating chamber 12 in the flow path forming substrate 10, but a member forming the common ink chamber is provided so as to overlap the flow path forming substrate 10. You may.

【0072】このように構成したインクジェット式記録
ヘッドの部分断面を図9に示す。この実施形態では、ノ
ズル開口11Aが穿設されたノズルプレート120Aと
流路形成基板10Aとの間に、封止板160、共通イン
ク室形成板170、薄肉板180及びインク室側板19
0が挟持され、これらを貫通するように、圧力発生室1
2Aとノズル開口11Aとを連通するノズル連通口31
が配されている。すなわち、封止板160、共通インク
室形成板170および薄肉板180とで共通インク室3
2が画成され、各圧力発生室12Aと共通インク室32
とは、封止板160に穿設されたインク連通孔33を介
して連通されている。また、封止板160には供給イン
ク室32に外部からインクを導入するためのインク導入
孔34も穿設されている。また、薄肉板180とノズル
プレート120Aとの間に位置するインク室側板190
には各供給インク室32に対向する位置に貫通部35が
形成されており、インク滴吐出の際に発生するノズル開
口11Aと反対側へ向かう圧力を、薄肉壁180が吸収
するのを許容するようになっており、これにより、他の
圧力発生室に、共通インク室32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ことができる。なお、
薄肉板180とインク室側板190とは一体に形成され
てもよい。
FIG. 9 shows a partial cross section of the ink jet recording head thus constructed. In this embodiment, the sealing plate 160, the common ink chamber forming plate 170, the thin plate 180, and the ink chamber side plate 19 are provided between the nozzle plate 120A having the nozzle openings 11A formed therein and the flow path forming substrate 10A.
0 so that the pressure generating chamber 1
Nozzle communication port 31 that communicates between 2A and nozzle opening 11A
Is arranged. That is, the common ink chamber 3 is formed by the sealing plate 160, the common ink chamber forming plate 170, and the thin plate 180.
2 are defined, and each pressure generating chamber 12A and the common ink chamber 32
Are communicated through the ink communication holes 33 formed in the sealing plate 160. The sealing plate 160 is also provided with an ink introduction hole 34 for introducing ink into the supply ink chamber 32 from outside. Also, the ink chamber side plate 190 located between the thin plate 180 and the nozzle plate 120A.
Has a penetrating portion 35 formed at a position facing each of the supply ink chambers 32, and allows the thin wall 180 to absorb the pressure generated at the time of discharging the ink droplet toward the side opposite to the nozzle opening 11A. As a result, it is possible to prevent unnecessary positive or negative pressure from being applied to the other pressure generating chambers via the common ink chamber 32. In addition,
The thin plate 180 and the ink chamber side plate 190 may be formed integrally.

【0073】このような実施形態においても、流路形成
基板10Aの開口面とは反対側の面に、上述のような保
護部材を固着することにより、圧電体能動部を外部と容
易に遮断することができ、圧電体膜への水分の吸着を防
止することができる。
Also in such an embodiment, the above-described protective member is fixed to the surface of the flow path forming substrate 10A opposite to the opening surface, so that the piezoelectric active portion can be easily shut off from the outside. Thus, adsorption of moisture to the piezoelectric film can be prevented.

【0074】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, an inkjet type having various structures, such as a type in which a pressure generating chamber is formed by laminating substrates, or a type in which a green sheet is attached or a piezoelectric film is formed by screen printing or the like. The present invention can be applied to a recording head.

【0075】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 spirit of the present invention is not contradicted.

【0076】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図10
は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図
である。
The ink jet recording head of each of these embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. FIG.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

【0077】図10に示すように、インクジェット式記
録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、
インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが
着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び
1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付け
られたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。
As shown in FIG. 10, recording head units 1A and 1B having an ink jet recording head are
Cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided. A carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. I have. The recording head units 1A and 1B are, for example,
Each of them ejects a black ink composition and a color ink composition.

【0078】そして、駆動モータ6の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリ
ッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及
び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿っ
て移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に
沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ロ
ーラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シ
ートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるように
なっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電素子の少なくとも圧電体能動部は、絶縁性液体が含浸
されている保護部材で覆われているため、圧電体能動部
の圧電体層への水分の吸着を防止することができ、圧電
体層の圧電特性を向上することができる。また、保護部
材が弾性変形可能であるため、圧電体能動部の駆動を妨
げることがない。したがって、圧電体能動部を良好に駆
動することができ、良好な印刷品質を保持することがで
き、信頼性を向上することができる。さらに、絶縁性液
体の保護部材への含浸、またその内部への充填は保護部
材の外面から注入できるため、容易に製造できるという
効果を奏する。
As described above, according to the present invention, at least the piezoelectric active portion of the piezoelectric element is covered with the protective member impregnated with the insulating liquid. Adsorption of moisture to the layer can be prevented, and the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer can be improved. Further, since the protection member is elastically deformable, the driving of the piezoelectric active portion is not hindered. Therefore, the piezoelectric active portion can be driven favorably, good print quality can be maintained, and reliability can be improved. Furthermore, since the insulating liquid can be impregnated into the protective member and filled into the protective member from the outer surface of the protective member, the protective member can be easily manufactured.

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

【図1】本発明の実施形態1にかか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にかかるインクジェット式
記録ヘッドの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a thin-film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a thin-film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態1にかか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. 5 is a cross-sectional view showing a modification of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態2にかかるインクジェット式
記録ヘッドの要部断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施形態にかかるインクジェット
式記録ヘッドの要部断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の他の実施形態にかかるインクジェット
式記録ヘッドの要部断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の他の実施形態にかかるインクジェット
式記録ヘッドの要部断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

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

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 11 隔壁 12 圧力発生室 17 ノズル開口 20 保護部材 25 絶縁性液体 50 弾性膜 60 下電極膜 70 圧電体膜 80 上電極膜 90,90A 絶縁体層 100 リード電極 300 圧電素子 320 圧電体能動部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 11 partition 12 pressure generating chamber 17 nozzle opening 20 protective member 25 insulating liquid 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 90, 90A insulator layer 100 lead electrode 300 piezoelectric element 320 piezoelectric Active part

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インクを吐出するノズル開口と、該ノズ
ル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板
と、該流路形成基板の一方の面に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アクチュエータとを備
えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板の前記圧電アクチュエータ側に接合さ
れ、少なくとも前記圧力発生室に対向する領域の前記圧
電アクチュエータを覆う保護部材を具備し、当該保護部
材は、絶縁性液体を含浸保持する液体保持部材からなる
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
1. A flow path forming substrate formed with a nozzle opening for discharging ink, a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening, and a pressure generating chamber provided on one surface of the flow path forming substrate. An ink jet recording head comprising: a piezoelectric actuator that generates a pressure change; and a protection member that is joined to the piezoelectric actuator side of the flow path forming substrate and covers at least the piezoelectric actuator in a region facing the pressure generation chamber. The protection member is formed of a liquid holding member that impregnates and holds an insulating liquid.
【請求項2】 請求項1において、前記保護部材と前記
圧電アクチュエータとの間には、前記圧電アクチュエー
タの駆動を妨げない程度の空間が確保されていることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a space is provided between the protection member and the piezoelectric actuator to such an extent that the driving of the piezoelectric actuator is not hindered.
【請求項3】 請求項2において、前記空間には、前記
絶縁性液体が封入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。
3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein the insulating liquid is sealed in the space.
【請求項4】 請求項1において、前記保護部材は、弾
性変形可能であり且つ前記圧電アクチュエータに密着さ
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。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the protection member is elastically deformable and is in close contact with the piezoelectric actuator.
【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記絶
縁性液体はシリコーンオイル及びフッ素系不活性液体か
らなる群から選択されることを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the insulating liquid is selected from the group consisting of silicone oil and a fluorine-based inert liquid.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記液
体保持部材が、連続気泡を有する発泡性樹脂であること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the liquid holding member is a foamable resin having open cells.
【請求項7】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記液
体保持部材が、繊維又はパルプからなる液体吸収性材料
であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
7. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the liquid holding member is a liquid absorbing material made of fiber or pulp.
【請求項8】 請求項1〜7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、前記圧電アクチュエータの各層が成膜及び
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。
8. 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 actuator is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head, comprising:
【請求項9】 請求項1〜8の何れかにおいて、前記流
路形成基板には前記圧力発生室に連通されるリザーバが
画成され、前記ノズル開口を有するノズルプレートが接
合されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
9. The flow path forming substrate according to claim 1, wherein a reservoir communicating with the pressure generating chamber is defined in the flow path forming substrate, and a nozzle plate having the nozzle opening is joined thereto. Inkjet recording head.
【請求項10】 請求項1〜9の何れかにおいて、前記
流路形成基板には、前記圧力発生室にインクを供給する
共通インク室と、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを
連通する流路とを形成する流路ユニットが接合されてい
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
10. The flow path forming substrate according to claim 1, wherein a common ink chamber for supplying ink to the pressure generation chamber, and a flow path communicating the pressure generation chamber with the nozzle opening. An ink jet recording head, wherein a flow path unit forming a path is joined to the ink jet recording head.
【請求項11】 請求項1〜10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。
11. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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