JP2000141644A - Ink jet recording head and ink jet recorded - Google Patents

Ink jet recording head and ink jet recorded

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JP2000141644A
JP2000141644A JP31458598A JP31458598A JP2000141644A JP 2000141644 A JP2000141644 A JP 2000141644A JP 31458598 A JP31458598 A JP 31458598A JP 31458598 A JP31458598 A JP 31458598A JP 2000141644 A JP2000141644 A JP 2000141644A
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film
ink jet
piezoelectric
recording head
jet recording
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JP31458598A
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Japanese (ja)
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Katsuto Shimada
勝人 島田
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Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head and an ink jet recorder capable of preventing a decrease in piezoelectric property of as piezoelectric material layer. SOLUTION: There is disclosed an ink jet recording head wherein a piezoelectric element 300 having a lower electrode 60, a piezoelectric material layer 70 and an upper electrode 80 is formed in a region corresponding to a pressure generating chamber 12 with a diaphragm forming a part of the pressure generating chamber 12 communicating with a nozzle therebetween. Both end sections at both sides in the width direction of the piezoelectric material layer 70 forming the piezoelectric element 300 are placed in a region opposite to the pressure generating chamber 12. A tensile membrane 90 having a tensile stress is continuously provided in each of at least both sides in the width direction of the piezoelectric material layer 70, thereby preventing a decrease in piezoelectric characteristic of the piezoelectric material layer 70.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設け、この圧電素
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 pressure generating chamber which communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets, which is constituted by a vibrating plate, and a piezoelectric element is provided via the vibrating plate. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus for ejecting ink droplets by using an 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
振動モードの圧電素子を使用したものと、撓み振動モー
ドの圧電素子を使用したものの2種類が実用化されてい
る。
2. Description of the Related Art A part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging ink droplets is 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 the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads for ejecting ink droplets have been put into practical use, one using a longitudinal vibration mode piezoelectric element that expands and contracts in the axial direction of a piezoelectric element, and the other using a flexural vibration mode piezoelectric element. 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、撓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 bending vibration, and it is difficult to perform high-density arrangement.

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

【0006】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能
になるという利点がある。なお、この場合、圧電材料層
は振動板の表面全体に設けたままで少なくとも上電極の
みを各圧力発生室毎に設けることにより、各圧力発生室
に対応する圧電素子を駆動することができる。
This eliminates the need for attaching the piezoelectric element to the vibration plate, which not only allows the piezoelectric element to be manufactured by a precise and simple method such as lithography, but also reduces the thickness of the piezoelectric element. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed. In this case, the piezoelectric element corresponding to each pressure generating chamber can be driven by providing at least only the upper electrode for each pressure generating chamber while the piezoelectric material layer is provided on the entire surface of the vibration plate.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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、
薄膜のパターニング後に圧力発生室を形成するが、その
際、圧電体層の内部応力が緩和され、また、下電極の内
部応力の影響により圧電体層の引張応力が弱められ、圧
電特性が低下して吐出特性が低下するという問題があ
る。特に、圧電体層の両側に圧縮膜が存在する場合に圧
電特性が低下し易い。
However, in the above-described manufacturing method using the thin film technology and the lithography method,
A pressure generating chamber is formed after patterning of the thin film. At this time, the internal stress of the piezoelectric layer is relaxed, and the tensile stress of the piezoelectric layer is weakened by the internal stress of the lower electrode, and the piezoelectric characteristics are reduced. This causes a problem that the ejection characteristics are deteriorated. In particular, when the compression films are present on both sides of the piezoelectric layer, the piezoelectric characteristics are likely to deteriorate.

【0008】本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層
の圧電特性の低下を抑え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。
[0008] In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus in which a decrease in piezoelectric characteristics of a piezoelectric layer is suppressed.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第1の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室の
一部を構成する振動板を介して前記圧力発生室に対応す
る領域に下電極、圧電体層及び上電極を有する圧電素子
を形成したインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記
圧電素子を構成する前記圧電体層の幅方向両側の端部が
前記圧力発生室に対向する領域内に位置し、当該圧電体
層の少なくとも幅方向両側には、引張り応力を有する引
張り膜が連続的に設けられていることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, an area corresponding to the pressure generating chamber is provided via a diaphragm constituting a part of the pressure generating chamber communicating with a nozzle opening. In the ink jet type recording head in which a piezoelectric element having a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode is formed, both ends in the width direction of the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element are in a region opposed to the pressure generating chamber. And a tensile film having a tensile stress is provided continuously on at least both sides in the width direction of the piezoelectric layer.

【0010】かかる第1の態様では、圧電体層に引張り
膜の張力が作用し、圧電特性が維持される。
[0010] In the first aspect, the tension of the tensile film acts on the piezoelectric layer, and the piezoelectric characteristics are maintained.

【0011】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記引張り膜は、前記圧電体層の幅方向両端側の端
面に接触して設けられていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドにある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the tensile film is provided in contact with end faces on both ends in the width direction of the piezoelectric layer. In the head.

【0012】かかる第2の態様では、圧電体層が、引張
り膜によって幅方向に確実に引っ張られる。
In the second aspect, the piezoelectric layer is reliably pulled in the width direction by the tensile film.

【0013】本発明の第3の態様は、第1の態様におい
て、前記引張り膜は、前記圧電体層及び前記上電極の幅
方向両端側の端面に接触して設けられていることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the tensile film is provided in contact with end faces on both ends in the width direction of the piezoelectric layer and the upper electrode. Ink-jet recording head.

【0014】かかる第3の態様では、より強い引張り膜
の張力が圧電体層に作用する。
In the third aspect, a stronger tension of the tensile film acts on the piezoelectric layer.

【0015】本発明の第4の態様は、第3の態様におい
て、前記引張り膜は、前記上電極の上面を覆っているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to the third aspect, wherein the tensile film covers an upper surface of the upper electrode.

【0016】かかる第4の態様では、引張り膜を容易に
形成することができる。
In the fourth aspect, the tensile film can be easily formed.

【0017】本発明の第5の態様は、第1の態様におい
て、前記引張り膜は絶縁性の材料からなることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to the first aspect, wherein the tensile film is made of an insulating material.

【0018】かかる第5の態様では、上電極の絶縁を保
つことができる。
In the fifth aspect, the insulation of the upper electrode can be maintained.

【0019】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記引張り膜は耐環境保護膜を兼ねる
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to any one of the first to fifth aspects, wherein the tensile film also serves as an environmental protection protective film.

【0020】かかる第6の態様では、圧電体能動部及び
弾性膜が外部環境から保護される。
According to the sixth aspect, the piezoelectric active portion and the elastic film are protected from the external environment.

【0021】本発明の第7の態様は、第1〜6の何れか
の態様において、前記引張り膜は層間絶縁膜を兼ねるこ
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 sixth aspects, wherein the tensile film also serves as an interlayer insulating film.

【0022】かかる第7の態様では、圧電素子とリード
電極とが圧力発生室に対向する領域のコンタクトホール
内で接続される。
In the seventh aspect, the piezoelectric element and the lead electrode are connected in the contact hole in a region facing the pressure generating chamber.

【0023】本発明の第8の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記引張り膜は有機材料からなること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
An eighth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to fourth aspects, wherein the tensile film is made of an organic material.

【0024】かかる第8の態様では、引張り応力を有し
且つ下電極に有効に張力を与える引張り膜を形成でき
る。
According to the eighth aspect, a tensile film having a tensile stress and effectively applying tension to the lower electrode can be formed.

【0025】本発明の第9の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記引張り膜は導電性の材料からなる
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
A ninth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to fourth aspects, wherein the tensile film is made of a conductive material.

【0026】かかる第9の態様では、引張り応力を有す
る膜の材質を選択できる。
In the ninth aspect, the material of the film having a tensile stress can be selected.

【0027】本発明の第10の態様は、第1の態様にお
いて、前記引張り膜は上電極を兼ね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, there is provided an ink jet recording head according to the first aspect, wherein the tensile film doubles as an upper electrode.

【0028】かかる第10の態様では、上電極は共通電
極になる。
In the tenth aspect, the upper electrode is a common electrode.

【0029】本発明の第11の態様は、第1〜10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、前記圧電素子
の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたもの
であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドに
ある。
According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to tenth aspects, the pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation. An ink jet recording head is formed by a lithography method.

【0030】かかる第11の態様では、高密度のノズル
開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ
比較的容易に製造することができる。
In the eleventh aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0031】本発明の第12の態様は、第1〜11の何
れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備するこ
とを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to eleventh aspects.

【0032】かかる第12の態様では、ヘッドの吐出特
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 twelfth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus having improved ejection characteristics of the head.

【0033】[0033]

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

【0034】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図2は、平面図及びその1つの圧力発生室の長
手方向における断面構造を示す図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view and a cross section of one of the pressure generating chambers in the longitudinal direction. It is a figure showing a structure.

【0035】図示するように、流路形成基板10は、本
実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板10としては、通常、150〜3
00μm程度の厚さのものが用いられ、望ましくは18
0〜280μm程度、より望ましくは220μm程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is a single crystal silicon substrate having a plane orientation (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.

【0036】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 formed in advance by thermal oxidation.

【0037】一方、流路形成基板10の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
ノズル開口11、圧力発生室12が形成されている。
On the other hand, the opening surface of the flow path forming substrate 10 is anisotropically etched on a silicon single crystal substrate,
A nozzle opening 11 and a pressure generating chamber 12 are formed.

【0038】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板を水酸化カリウム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(1
11)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(111)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1/180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
(111)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 potassium hydroxide, the substrate is gradually eroded, and the first (1) plane is perpendicular to the (110) plane.
An (11) plane and a second (111) plane which forms an angle of about 70 degrees with the first (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane appear, and (110) This is performed by utilizing the property that the etching rate of the (111) plane is about 1/180 compared to the etching rate of the plane. By such anisotropic etching, precision processing can be performed based on the depth processing of a parallelogram formed by two first (111) planes and two oblique second (111) planes. , The pressure generating chambers 12 can be arranged at a high density.

【0039】本実施形態では、各圧力発生室12の長辺
を第1の(111)面で、短辺を第2の(111)面で
形成している。この圧力発生室12は、流路形成基板1
0をほぼ貫通して弾性膜50に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。なお、弾性膜50は、シ
リコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵さ
れる量がきわめて小さい。
In this embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane, and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generating chamber 12 is provided on the flow path forming substrate 1.
It is formed by etching until it reaches the elastic film 50 almost through 0. The amount of the elastic film 50 that is attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small.

【0040】一方、各圧力発生室12の一端に連通する
各ノズル開口11は、圧力発生室12より幅狭で且つ浅
く形成されている。すなわち、ノズル開口11は、シリ
コン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング(ハー
フエッチング)することにより形成されている。なお、
ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行わ
れる。
On the other hand, each nozzle opening 11 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is formed to be narrower and shallower than the pressure generating chamber 12. That is, the nozzle opening 11 is formed by partially etching (half-etching) the silicon single crystal substrate in the thickness direction. In addition,
Half etching is performed by adjusting the etching time.

【0041】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室12の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口11の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
1インチ当たり360個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口11は数十μmの溝幅で精度よく形成する必要
がある。
Here, the size of the pressure generating chamber 12 for applying the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 11 for ejecting the ink droplet depend on the amount of the ejected ink droplet, the ejection speed, and the ejection frequency. Optimized. For example,
When recording 360 ink droplets per inch, the nozzle openings 11 need to be formed with a groove width of several tens of μm with high accuracy.

【0042】また、各圧力発生室12と後述する共通イ
ンク室31とは、後述する封止板20の各圧力発生室1
2の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク
供給連通口21を介して連通されており、インクはこの
インク供給連通口21を介して共通インク室31から供
給され、各圧力発生室12に分配される。
Each of the pressure generating chambers 12 and a common ink chamber 31 to be described later are connected to each of the pressure generating chambers 1 of the sealing plate 20 to be described later.
The ink is supplied from a common ink chamber 31 through the ink supply communication port 21 formed at a position corresponding to one end of the pressure generation chamber 12. Distributed to

【0043】封止板20は、前述の各圧力発生室12に
対応したインク供給連通口21が穿設された、厚さが例
えば、0.1〜1mmで、線膨張係数が300℃以下
で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラ
スセラミックスからなる。なお、インク供給連通口21
は、図3(a),(b)に示すように、各圧力発生室1
2のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット
孔21Aでも、あるいは複数のスリット孔21Bであっ
てもよい。封止板20は、一方の面で流路形成基板10
の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外
力から保護する補強板の役目も果たす。また、封止板2
0は、他面で共通インク室31の一壁面を構成する。
The sealing plate 20 is provided with an ink supply communication port 21 corresponding to each of the pressure generating chambers 12 described above, and has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less. , For example, 2.5-4.5 [× 10 −6 / ° C.]. In addition, the ink supply communication port 21
Each of the pressure generating chambers 1 is, as shown in FIGS.
It may be one slit hole 21A crossing the vicinity of the second ink supply side end or a plurality of slit holes 21B. The sealing plate 20 is provided on one side with the flow path forming substrate 10.
, And also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impacts and external forces. Also, sealing plate 2
0 forms one wall surface of the common ink chamber 31 on the other surface.

【0044】共通インク室形成基板30は、共通インク
室31の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、イ
ンク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を
打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共
通インク室形成基板30の厚さは、0.2mmとしてい
る。
The common ink chamber forming substrate 30 forms the peripheral wall of the common ink chamber 31 and is formed by punching a stainless steel plate having an appropriate thickness according to the number of nozzles and the ink droplet ejection frequency. . In the present embodiment, the thickness of the common ink chamber forming substrate 30 is 0.2 mm.

【0045】インク室側板40は、ステンレス基板から
なり、一方の面で共通インク室31の一壁面を構成する
ものである。また、インク室側板40には、他方の面の
一部にハーフエッチングにより凹部40aを形成するこ
とにより薄肉壁41が形成され、さらに、外部からのイ
ンク供給を受けるインク導入口42が打抜き形成されて
いる。なお、薄肉壁41は、インク滴吐出の際に発生す
るノズル開口11と反対側へ向かう圧力を吸収するため
のもので、他の圧力発生室12に、共通インク室31を
経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
本実施形態では、インク導入口42と外部のインク供給
手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側
板40を0.2mmとし、その一部を厚さ0.02mm
の薄肉壁41としているが、ハーフエッチングによる薄
肉壁41の形成を省略するために、インク室側板40の
厚さを初めから0.02mmとしてもよい。
The ink chamber side plate 40 is made of a stainless steel substrate, and has one surface constituting one wall surface of the common ink chamber 31. In the ink chamber side plate 40, a thin wall 41 is formed by forming a concave portion 40a by half etching on a part of the other surface, and an ink introduction port 42 for receiving ink supply from the outside is punched and formed. ing. The thin wall 41 is for absorbing pressure generated at the time of ink droplet ejection toward the side opposite to the nozzle opening 11, and is unnecessary for the other pressure generating chambers 12 via the common ink chamber 31. Prevents positive or negative pressure from being applied.
In the present embodiment, the ink chamber side plate 40 is made 0.2 mm in consideration of rigidity required at the time of connection between the ink introduction port 42 and an external ink supply means, and a part of the thickness is 0.02 mm.
The thickness of the ink chamber side plate 40 may be 0.02 mm from the beginning in order to omit the formation of the thin wall 41 by half etching.

【0046】一方、流路形成基板10の開口面とは反対
側の弾性膜50の上には、厚さが例えば、約0.5μm
の下電極膜60と、厚さが例えば、約1μmの圧電体膜
70と、厚さが例えば、約0.1μmの上電極膜80と
が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子30
0を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極
膜60、圧電体膜70、及び上電極膜80を含む部分を
いう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極
を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜70を各圧力
発生室12毎にパターニングして構成する。そして、こ
こではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体
膜70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電
歪みが生じる部分を圧電体能動部320という。本実施
形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極と
し、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としてい
るが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障は
ない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体
能動部が形成されていることになる。また、ここでは、
圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位
が生じる振動板と合わせて圧電アクチュエータと称す
る。なお、本実施形態では、下電極膜60及び弾性膜5
0が振動板として作用する。
On the other hand, on the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, for example, a thickness of about 0.5 μm
A lower electrode film 60, a piezoelectric film 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are formed by lamination in a process to be described later.
0. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80. Generally, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric film 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric film 70 and in which a piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if the upper electrode film 80 is reversed for convenience of a drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Also, here
The piezoelectric element 300 and a diaphragm whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 are referred to as a piezoelectric actuator. In this embodiment, the lower electrode film 60 and the elastic film 5
0 acts as a diaphragm.

【0047】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板10上に、圧電体膜70等を形成するプロセス
を図4を参照しながら説明する。
Here, a process for forming the piezoelectric film 70 and the like on the flow path forming substrate 10 made of a silicon single crystal substrate will be described with reference to FIG.

【0048】図4(a)に示すように、まず、流路形成
基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約110
0℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜50を形成する。
As shown in FIG. 4A, first, a silicon single crystal substrate wafer serving as the flow path forming substrate 10 is
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form an elastic film 50 made of silicon dioxide.

【0049】次に、図4(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成する。この下電極膜60の
材料としては、白金等が好適である。これは、スパッタ
リング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜70
は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜
1000℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があ
るからである。すなわち、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としてチタン酸ジルコン酸
鉛を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化
が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適
である。
Next, as shown in FIG. 4B, a lower electrode film 60 is formed by sputtering. As a material of the lower electrode film 60, platinum or the like is preferable. This is because a piezoelectric film 70 described later, which is formed by a sputtering method or a sol-gel method,
Is from 600 to 600 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after film formation.
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 1000 ° C. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity under such an oxidizing atmosphere at a high temperature. In particular, when lead zirconate titanate is used for the piezoelectric film 70, the material of the It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of lead be small, and for these reasons, platinum is preferred.

【0050】次に、図4(c)に示すように、圧電体膜
70を成膜する。この圧電体膜70の成膜にはスパッタ
リング法を用いることもできるが、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
を用いている。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。
Next, as shown in FIG. 4C, a piezoelectric film 70 is formed. The piezoelectric film 70 can be formed by a sputtering method, but in the present embodiment, a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and further baked at a high temperature. A so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric film 70 made of a metal oxide is used. 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.

【0051】次に、図4(d)に示すように、上電極膜
80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料で
あればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
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、白金をスパッタリングにより成膜している。
Next, as shown in FIG. 4D, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 only needs to be a material having high conductivity, and can use many metals such as aluminum, gold, nickel, and platinum, and a conductive oxide. In the present embodiment, platinum is formed by sputtering.

【0052】次に、図5(a)に示すように、圧電体膜
70及び上電極膜80をエッチングして圧電体能動部3
20のパターニングを行う。
Next, as shown in FIG. 5A, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched to
20 patterning is performed.

【0053】このとき、本実施形態では、圧電体膜70
及び上電極膜80を、圧電体能動部320の長手方向一
端部から圧力発生室12の周壁上まで連続的にパターニ
ングして、上電極膜80を各圧電体能動部320の個別
電極とし、下電極膜60を共通電極としている。
At this time, in this embodiment, the piezoelectric film 70
And the upper electrode film 80 is continuously patterned from one longitudinal end of the piezoelectric active portion 320 to the peripheral wall of the pressure generating chamber 12 so that the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of each piezoelectric active portion 320. The electrode film 60 is used as a common electrode.

【0054】次に、図5(b)に示すように、引張り膜
90を成膜する。引張り膜90は絶縁性の材料で且つ膜
形成後に引張り応力を有する材料が望ましく、ポリイミ
ド樹脂及びフッ素樹脂等の有機膜、並びに酸化チタン及
び酸化ジルコニウム等の酸化膜が使用できる。
Next, as shown in FIG. 5B, a tensile film 90 is formed. The tensile film 90 is desirably an insulating material and a material having a tensile stress after the film is formed. An organic film such as a polyimide resin and a fluororesin, and an oxide film such as titanium oxide and zirconium oxide can be used.

【0055】さらに、図5(c)に示すように、引張り
膜90をエッチングして圧電体能動部320の上の引張
り膜を除去する。これにより、圧電体能動部320の変
位量の向上を図っている。
Further, as shown in FIG. 5C, the tensile film 90 is etched to remove the tensile film on the piezoelectric active portion 320. Thus, the amount of displacement of the piezoelectric body active section 320 is improved.

【0056】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、図5(d)に示すように、前述
したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エ
ッチングを行い、圧力発生室12等を形成する。このと
きの圧電体能動部320が受ける力の状態を以下に説明
する。なお、図6は、圧力発生室12をエッチングによ
り形成前後の各層に発生する応力の状態を模式的に示し
た図である。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 5D, the silicon single crystal substrate is anisotropically etched with the above-described alkali solution to form the pressure generating chamber 12 and the like. The state of the force applied to the piezoelectric body active section 320 at this time will be described below. FIG. 6 is a diagram schematically showing a state of stress generated in each layer before and after forming the pressure generating chamber 12 by etching.

【0057】図6(a)に示すように、圧力発生室12
形成前には、下電極膜60、圧電体膜70、上電極膜8
0及び引張り膜90はそれぞれ引張り応力σ3,σ2,σ
1,σ5を有し、弾性膜50は圧縮応力σ4を有してい
る。そのため、図6(b)に示すように、圧電体能動部
320の下方に圧力発生室12を形成すると、下電極膜
60、圧電体膜70上電極膜80の引張り応力σ3
σ2,σ1が解放されて圧縮方向に作用する力F3,F2
1となり、弾性膜50の圧縮応力σ4は解放されて引張
り方向に作用する力F4、すなわち、圧電体膜70を引
っ張る方向に作用する力となる。また、引張り膜90の
引張り応力σ5も解放されて圧縮方向に作用する力F5
なるが、引張り膜90は、圧電体膜70の幅方向両側に
設けられているため、圧力発生室12に対向する領域で
は、実質的に圧電体膜70を引っ張る方向に作用する力
となる。このように、圧電体膜70には、従来よりも引
張り方向の力が強く作用するため、圧電体膜70の圧電
特性の低下を抑えることができる。また、好適な条件で
は、圧電体膜70の本来の圧電特性を維持することがで
きる。
As shown in FIG. 6A, the pressure generating chamber 12
Before formation, the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 8
0 and the tensile film 90 respectively have tensile stresses σ 3 , σ 2 , σ
1 and σ 5 , and the elastic film 50 has a compressive stress σ 4 . Therefore, as shown in FIG. 6B, when the pressure generating chamber 12 is formed below the piezoelectric active part 320, the tensile stress σ 3 of the lower electrode film 60, the upper electrode film 80 of the piezoelectric film 70,
σ 2 and σ 1 are released and the forces F 3 , F 2 ,
F 1 , the compressive stress σ 4 of the elastic film 50 is released and becomes the force F 4 acting in the tensile direction, that is, the force acting in the direction of pulling the piezoelectric film 70. Further, the tensile stress σ 5 of the tensile film 90 is also released to become a force F 5 acting in the compression direction. However, since the tensile film 90 is provided on both sides in the width direction of the piezoelectric film 70, the pressure generating chamber 12 is formed. In the region opposed to, the force acts substantially in the direction in which the piezoelectric film 70 is pulled. As described above, since the force in the tensile direction acts on the piezoelectric film 70 more strongly than in the related art, it is possible to suppress a decrease in the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 70. Further, under suitable conditions, the original piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 70 can be maintained.

【0058】なお、引張り膜90が形成されていない場
合には、図7(a)に示すように、圧力発生室12の形
成前に、下電極膜60、圧電体膜70及び上電極膜80
はそれぞれ引張り応力σ3,σ2,σ1を有しているの
で、圧力発生室12を形成すると、図7(b)に示すよ
うに、引張り応力σ3,σ2,σ1は解放されて圧縮力
3,F2,F1となる。すなわち、圧電体膜70には、
強い圧縮方向の力が作用し、圧電特性が低下してしま
う。
When the tensile film 90 is not formed, as shown in FIG. 7A, before forming the pressure generating chamber 12, the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are formed.
Has tensile stresses σ 3 , σ 2 , and σ 1 , respectively. Therefore, when the pressure generating chamber 12 is formed, the tensile stresses σ 3 , σ 2 , and σ 1 are released as shown in FIG. Compressive forces F 3 , F 2 and F 1 are obtained. That is, the piezoelectric film 70 includes
A strong force in the compression direction acts, and the piezoelectric characteristics deteriorate.

【0059】以上説明した一連の膜形成及び異方性エッ
チングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成
し、プロセス終了後、図1に示すような一つのチップサ
イズの流路形成基板10毎に分割する。また、分割した
流路形成基板10を、封止板20、共通インク室形成基
板30、及びインク室側板40と順次接着して一体化
し、インクジェット式記録ヘッドとする。
In the series of film formation and anisotropic etching described above, a number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after the process is completed, a flow path forming substrate having one chip size as shown in FIG. Divide every ten. Further, the divided flow path forming substrate 10 is sequentially adhered and integrated with the sealing plate 20, the common ink chamber forming substrate 30, and the ink chamber side plate 40 to form an ink jet recording head.

【0060】このように構成したインクジェットヘッド
は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導
入口42からインクを取り込み、共通インク室31から
ノズル開口11に至るまで内部をインクで満たした後、
図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、上電
極膜80と下電極膜60との間に電圧を印加し、弾性膜
50、下電極膜60及び圧電体膜70を撓み変形させる
ことにより、圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開
口11からインク滴が吐出する。
The ink jet head thus configured takes in ink from an ink inlet 42 connected to external ink supply means (not shown), fills the inside from the common ink chamber 31 to the nozzle opening 11 with ink, and
By applying a voltage between the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60 in accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric film 70 are bent and deformed. The pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle opening 11.

【0061】なお、本実施形態では、圧電体能動部32
0上の引張り膜90を除去して、圧電体膜70の幅方向
両側のみに設けるようにしたが、これに限定されず、例
えば、引張り膜90を各圧電体能動部320に亘って、
連続的に設けるようにしてもよい。この場合には、引張
り膜90が耐環境(耐湿)保護膜を兼ねるようにしても
よく、これにより、圧電体層70の圧電特性の低下を抑
えることができる。
In this embodiment, the piezoelectric active portion 32
Although the tensile film 90 on the zero is removed and provided only on both sides in the width direction of the piezoelectric film 70, the present invention is not limited to this. For example, the tensile film 90 is
You may make it provide continuously. In this case, the tensile film 90 may also serve as an environment-resistant (moisture-resistant) protective film, so that a decrease in the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer 70 can be suppressed.

【0062】また、引張り膜90が層間絶縁膜を兼ねる
ようにしてもよく、この場合には、引張り膜90の各圧
電体能動部320の一端部に対応する部分の上面を覆う
部分の一部に、外部と接続するために上電極膜80の一
部を露出させる図示しないコンタクトホールを形成し、
このコンタクトホールを介して各上電極膜80に駆動信
号を供給できるようにしてもよい。
The tensile film 90 may also serve as an interlayer insulating film. In this case, a part of the tensile film 90 that covers the upper surface of the portion corresponding to one end of each of the piezoelectric active portions 320. Then, a contact hole (not shown) for exposing a part of the upper electrode film 80 for connection to the outside is formed,
A drive signal may be supplied to each upper electrode film 80 via this contact hole.

【0063】(実施形態2)図8は、実施形態2に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図で
ある。
(Embodiment 2) FIG. 8 is a plan view and a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 2.

【0064】本実施形態では、図8に示すように、下電
極膜60は、その幅方向両端部が圧力発生室12に対向
する領域内に位置するようにパターニングされ、また、
圧力発生室12の長手方向一端部から周壁上まで延設さ
れて、各圧電体能動部320の個別電極となっている。
また、この下電極膜60上には、下電極膜60の幅方向
両端部を覆って圧電体膜70が形成され、その幅方向両
側には、実施形態1と同様に、引張り応力を有する引張
り膜90が上電極膜80とは接触することなく形成され
ている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the lower electrode film 60 is patterned so that both ends in the width direction are located in a region facing the pressure generating chamber 12.
It extends from one end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 to the peripheral wall, and serves as an individual electrode of each piezoelectric active part 320.
Further, a piezoelectric film 70 is formed on the lower electrode film 60 so as to cover both ends in the width direction of the lower electrode film 60. The film 90 is formed without contacting the upper electrode film 80.

【0065】一方、上電極膜80は、圧電体能動部32
0の長手方向一端部から圧力発生室12の周壁上まで延
設され、各圧電体能動部320から延設され上電極膜と
連結されて共通電極となっている。
On the other hand, the upper electrode film 80 is
0 extends from one end in the longitudinal direction to the peripheral wall of the pressure generating chamber 12, extends from each piezoelectric active part 320, and is connected to the upper electrode film to form a common electrode.

【0066】なお、本実施形態では、下電極膜60をパ
ターニングしているため、振動板を弾性膜50及び絶縁
体膜55で構成するようにし、振動板の強度を保持する
ようにしている。
In the present embodiment, since the lower electrode film 60 is patterned, the diaphragm is made up of the elastic film 50 and the insulator film 55, and the strength of the diaphragm is maintained.

【0067】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドの製造方法は、特に限定されないが、本実施
形態では、以下のように形成した。
The method of manufacturing the ink jet recording head of the present embodiment is not particularly limited, but in the present embodiment, it is formed as follows.

【0068】まず、図9(a)に示すように、実施形態
1と同様に流路形成基板10上に形成した弾性膜50上
に絶縁体膜55を形成する。この絶縁体膜55は、圧電
体膜70との密着性の良好な材料、例えば、圧電体膜7
0の構成元素から選択される少なくとも一種の元素の酸
化物又は窒化物で形成されることが好ましい。本実施形
態では、弾性膜50上にジルコニウム層を形成後、例え
ば、約1150℃の拡散炉で熱酸化して二酸化ジルコニ
ウムからなる絶縁体膜55とした。
First, as shown in FIG. 9A, an insulator film 55 is formed on an elastic film 50 formed on a flow path forming substrate 10 as in the first embodiment. The insulator film 55 is made of a material having good adhesion to the piezoelectric film 70, for example, the piezoelectric film 7.
It is preferable to be formed of an oxide or nitride of at least one element selected from the constituent elements of 0. In the present embodiment, after the zirconium layer is formed on the elastic film 50, the insulating film 55 is made of zirconium dioxide by thermal oxidation in a diffusion furnace at about 1150 ° C., for example.

【0069】次に、図9(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成し、圧力発生室12に対応
する領域に、少なくとも幅方向両側の端部が圧力発生室
12に対向する領域内に位置するようにパターニングす
る。
Next, as shown in FIG. 9B, the lower electrode film 60 is formed by sputtering, and at least the both ends in the width direction face the pressure generating chamber 12 in the region corresponding to the pressure generating chamber 12. Patterning so as to be located in the region to be formed.

【0070】次に、図9(c)に示すように、圧電体膜
70及び上電極膜80を成膜及びパターニングして圧電
体能動部320を形成する。このとき、圧電体膜70が
少なくとも下電極膜60の幅方向両端の側面を覆い且つ
圧電体膜70の幅方向両端が圧力発生室12に対向する
領域内に位置するようにパターニングする。
Next, as shown in FIG. 9C, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are formed and patterned to form the piezoelectric active portion 320. At this time, the patterning is performed such that the piezoelectric film 70 covers at least the side surfaces at both ends in the width direction of the lower electrode film 60 and both ends in the width direction of the piezoelectric film 70 are located in a region facing the pressure generating chamber 12.

【0071】次いで、図9(d)に示すように、引張り
膜90を成膜後、圧電体能動部320上の引張り膜90
を除去して、圧電体膜70の幅方向両側のみに上電極膜
80に接触しないようにパターニングする。
Next, as shown in FIG. 9D, after forming the tensile film 90, the tensile film 90 on the piezoelectric active portion 320 is formed.
Is removed, and patterning is performed so that only the both sides in the width direction of the piezoelectric film 70 do not contact the upper electrode film 80.

【0072】その後、流路形成基板10をエッチングし
て圧力発生室12を形成するが、そのとき本実施形態の
圧電体能動部320にかかる力の状態を以下に示す。
After that, the pressure generating chamber 12 is formed by etching the flow path forming substrate 10. At this time, the state of the force applied to the piezoelectric active portion 320 of the present embodiment will be described below.

【0073】図10(a)に示すように、圧力発生室1
2形成前には、下電極膜60、圧電体膜70、上電極膜
80及び引張り膜90はそれぞれ引張り応力σ3,σ2
σ1,σ5を有し、弾性膜50及び絶縁体膜55は圧縮応
力σ4及びσ6を有している。そのため、図10(b)に
示すように、圧電体能動部320の下方に圧力発生室1
2を形成すると、実施形態1と同様に、弾性膜50、絶
縁体膜55及び引張り膜90の応力が解放された力が、
圧電体膜70を引っ張る方向に作用する。
As shown in FIG. 10A, the pressure generating chamber 1
Before the formation of the second electrode film 2, the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, the upper electrode film 80, and the tensile film 90 have tensile stresses σ 3 , σ 2 ,
sigma 1, has a sigma 5, the elastic film 50 and the insulating film 55 has a compressive stress sigma 4 and sigma 6. Therefore, as shown in FIG. 10B, the pressure generating chamber 1 is located below the piezoelectric active portion 320.
2, the force of the elastic film 50, the insulator film 55, and the tensile film 90 from which the stress is released is the same as in the first embodiment.
It acts in the direction in which the piezoelectric film 70 is pulled.

【0074】したがって、本実施形態においても、実施
形態1と同様、圧電体膜70の圧電特性の低下を抑える
ことができる。また、本実施形態では、下電極膜60の
幅方向両側は圧電体膜70によって覆われているため、
引張り膜90と下電極膜60との間は絶縁されている。
そのため、引張り膜90は、本実施形態のように上電極
膜80に接触しないように形成すれば、絶縁性を有する
材料だけでなく、導電性を有する材料も用いることがで
き、引張り膜90の材料の選択範囲が広がる。
Therefore, also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, a decrease in the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 70 can be suppressed. In the present embodiment, since both sides in the width direction of the lower electrode film 60 are covered with the piezoelectric film 70,
The tension film 90 and the lower electrode film 60 are insulated.
Therefore, if the tensile film 90 is formed so as not to contact the upper electrode film 80 as in the present embodiment, not only an insulating material but also a conductive material can be used. The choice of materials is expanded.

【0075】なお、本実施形態では、下電極膜60を各
圧電体能動部320の個別電極とし、上電極膜80を共
通電極としたが、これに限定されず、勿論、下電極膜6
0を共通電極として、上電極膜80を個別電極としても
よいことは言うまでもない。
In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as an individual electrode of each piezoelectric active part 320 and the upper electrode film 80 is used as a common electrode. However, the present invention is not limited to this.
It goes without saying that 0 may be used as a common electrode and the upper electrode film 80 may be used as an individual electrode.

【0076】(実施形態3)図11は、実施形態3に係
るインクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図
である。
(Embodiment 3) FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 3.

【0077】本実施形態は、引張り膜90が上電極膜8
0を兼ねるようにした例であり、図11に示すように、
本実施形態では、引張り膜90(上電極膜80)を幅方
向に並設された圧電体能動部320上に連続して形成す
ると共に、圧電体能動部320の共通電極とした以外、
実施形態2と同様である。
In the present embodiment, the tensile film 90 is
This is an example in which it also serves as 0, as shown in FIG.
In the present embodiment, except that the tensile film 90 (upper electrode film 80) is formed continuously on the piezoelectric active portions 320 arranged side by side in the width direction and is used as a common electrode of the piezoelectric active portions 320.
This is the same as the second embodiment.

【0078】なお、この構成は、圧電体膜70をパター
ニング後に引張り膜90(上電極膜80)を成膜し、そ
の後、引張り膜90(上電極膜80)のみをパターニン
グすることにより形成することができる。
In this structure, the tensile film 90 (upper electrode film 80) is formed after the piezoelectric film 70 is patterned, and thereafter, only the tensile film 90 (upper electrode film 80) is patterned. Can be.

【0079】また、このような構成においても、図12
(a)に示すように、圧力発生室12形成前には、下電
極膜60、圧電体膜70は及び引張り膜90(上電極膜
80)は、それぞれ引張り応力σ3,σ2,σ5を有し、
弾性膜50及び絶縁体膜55は圧縮応力σ4及びσ6を有
している。そのため、図12(b)に示すように、圧電
体能動部320の下方に圧力発生室12を形成すると、
本実施形態では、下電極膜60及び圧電体膜70の応力
が解放された力が、圧電体膜70を圧縮する方向に作用
するのに対し、弾性膜50、絶縁体膜55及び引張り膜
90(上電極膜80)の応力が解放された力が、圧電体
膜70を引っ張る方向に作用する。
Also, in such a configuration, FIG.
As shown in (a), before the pressure generating chamber 12 is formed, the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the tensile film 90 (the upper electrode film 80) have the tensile stresses σ 3 , σ 2 , and σ 5 , respectively. Has,
The elastic film 50 and the insulator film 55 have compressive stresses σ 4 and σ 6 . Therefore, as shown in FIG. 12B, when the pressure generating chamber 12 is formed below the piezoelectric active portion 320,
In the present embodiment, the force from which the stress of the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 70 is released acts in the direction of compressing the piezoelectric film 70, whereas the elastic film 50, the insulator film 55, and the tensile film 90 The force from which the stress of the (upper electrode film 80) is released acts in the direction in which the piezoelectric film 70 is pulled.

【0080】このように、本実施形態の構成では、引張
り膜90が上電極膜80を兼ねるようにしたので、圧電
体膜70を圧縮する方向に作用する力が減少し、すなわ
ち、相対的に、圧電体膜70を引っ張る方向に作用する
力が増加するため、圧電体膜70の圧電特性の低下をさ
らに抑えることができる。
As described above, in the structure of the present embodiment, since the tensile film 90 also serves as the upper electrode film 80, the force acting in the direction of compressing the piezoelectric film 70 is reduced, that is, relatively. In addition, since the force acting in the direction of pulling the piezoelectric film 70 increases, the deterioration of the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 70 can be further suppressed.

【0081】(他の実施形態)以上、本発明の各実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other Embodiments) Although the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to the above.

【0082】例えば、上述した封止板20の他、共通イ
ンク室形成板30をガラスセラミックス製としてもよ
く、さらには、薄肉膜41を別部材としてガラスセラミ
ックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由であ
る。
For example, in addition to the sealing plate 20 described above, the common ink chamber forming plate 30 may be made of glass ceramic, and the thin film 41 may be made of glass ceramic as a separate member. Changes are free.

【0083】また、上述した実施形態では、ノズル開口
を流路形成基板10の端面に形成しているが、面に垂直
な方向に突出するノズル開口を形成してもよい。
In the above-described embodiment, the nozzle openings are formed on the end surface of the flow path forming substrate 10. However, the nozzle openings may be formed to project in a direction perpendicular to the surface.

【0084】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図13、その流路の断面を図14にそれぞれ示す。こ
の実施形態では、ノズル開口11が圧電素子とは反対の
ノズル基板45に穿設され、これらノズル開口11と圧
力発生室12とを連通するノズル連通口22が、封止板
20,共通インク室形成板30及び薄肉板41A及びイ
ンク室側板40Aを貫通するように配されている。
FIG. 13 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG. 14 is a sectional view of the flow channel. In this embodiment, the nozzle opening 11 is formed in the nozzle substrate 45 opposite to the piezoelectric element, and the nozzle communication port 22 for communicating the nozzle opening 11 and the pressure generating chamber 12 is formed with the sealing plate 20 and the common ink chamber. It is arranged so as to penetrate the forming plate 30, the thin plate 41A, and the ink chamber side plate 40A.

【0085】なお、本実施形態は、その他、薄肉板41
Aとインク室側板40Aとを別部材とし、インク室側板
40に開口40bを形成した以外は、基本的に上述した
実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略する。
The present embodiment is different from the first embodiment in that
A is basically the same as the above-described embodiment except that the ink chamber side plate 40A and the ink chamber side plate 40A are separate members, and the opening is formed in the ink chamber side plate 40. Is omitted.

【0086】この実施形態においても、上述した実施形
態と同様に、引張り膜90を設けることにより圧電体膜
70の圧電特性の低下が抑えられ、良好なインク吐出を
実現することができる。
Also in this embodiment, similarly to the above-described embodiment, by providing the tensile film 90, a decrease in the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 70 is suppressed, and excellent ink ejection can be realized.

【0087】また、勿論、共通インク室を流路形成基板
内に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも
同様に応用できる。
Further, needless to say, the present invention can be similarly applied to an ink jet recording head of a type in which a common ink chamber is formed in a flow path forming substrate.

【0088】さらに、例えば、圧電素子とリード電極と
の間に絶縁体層を設けたり、絶縁体層を設けないで、各
上電極に異方性導電膜を熱溶着し、この異方性導電膜を
リード電極と接続したり、その他、ワイヤボンディング
等の各種ボンディング技術を用いて接続したりする構成
としてもよい。
Further, for example, an insulating layer is provided between the piezoelectric element and the lead electrode, or an anisotropic conductive film is heat-welded to each upper electrode without providing the insulating layer. The film may be connected to a lead electrode, or may be connected using various bonding techniques such as wire bonding.

【0089】このように、本発明は、その趣旨に反しな
い限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。
As described above, the present invention can be applied to ink-jet recording heads having various structures, as long as the gist of the present invention is not contradicted.

【0090】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15
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 the embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge and the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. FIG.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

【0091】図15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. 15, 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.

【0092】そして、駆動モータ6の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリ
ッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及
び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿っ
て移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ3に沿
ってプラテン8が設けられている。このプラテン8は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記
録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられ
て搬送されるようになっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage 3. The platen 8 can be rotated by a driving force of a paper feed motor (not shown), and a recording sheet S as a recording medium such as paper fed by a paper feed roller is wound around the platen 8 and conveyed. It has become so.

【0093】[0093]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、圧電
体膜の幅方向両側に引張り膜を設けるようにしたので、
圧力発生室を形成する際に、引張り膜の応力が解放され
る力が圧電体膜を引っ張る方向に作用し、圧電体膜の圧
電特性の低下が抑えられ、実質的に、インク吐出性能を
向上することができる。
As described above, according to the present invention, the tensile films are provided on both sides in the width direction of the piezoelectric film.
When forming the pressure generating chamber, the force that releases the stress of the tensile film acts in the direction of pulling the piezoelectric film, suppressing the decrease in the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film and substantially improving the ink ejection performance. can do.

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

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

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

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

【図4】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す断面
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の薄膜製造工程を示す断面
図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a thin-film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態1の圧電体能動部が圧力発生
室形成時に受ける力の状態を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a state of a force applied to the piezoelectric active portion according to the first embodiment of the present invention when the pressure generating chamber is formed.

【図7】従来の圧電体能動部が圧力発生室形成時に受け
る力の状態を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state of a force applied to a conventional piezoelectric active portion when a pressure generating chamber is formed.

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

【図9】本発明の実施形態2の薄膜製造工程を示す断面
図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a thin-film manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施形態2の圧電体能動部が圧力発
生室形成時に受ける力の状態を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a state of a force applied to a piezoelectric body active portion according to a second embodiment of the present invention when a pressure generating chamber is formed.

【図11】本発明の実施形態3に係るインクジェット式
記録ヘッドの要部平面図及び断面図である。
FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head according to a third embodiment of the invention.

【図12】本発明の実施形態3の圧電体能動部が圧力発
生室形成時に受ける力の状態を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a state of a force applied to a piezoelectric active portion according to a third embodiment of the present invention when a pressure generating chamber is formed.

【図13】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 13 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図14】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの要部断面図である。
FIG. 14 is a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図15】本発明の一実施形態に係るインクジェット式
記録装置の概略図である。
FIG. 15 is a schematic view of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 11 ノズル開口 12 圧力発生室 50 弾性膜 60 下電極膜 70 圧電体膜 80 上電極膜 90 引張り膜 300 圧電素子 320 圧電体能動部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 11 nozzle opening 12 pressure generating chamber 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 90 tensile film 300 piezoelectric element 320 piezoelectric active portion

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズル開口に連通する圧力発生室の一部
を構成する振動板を介して前記圧力発生室に対応する領
域に下電極、圧電体層及び上電極を有する圧電素子を形
成したインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧電素子を構成する前記圧電体層の幅方向両側の端
部が前記圧力発生室に対向する領域内に位置し、当該圧
電体層の少なくとも幅方向両側には、引張り応力を有す
る引張り膜が連続的に設けられていることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッド。
1. An ink jet apparatus comprising a piezoelectric element having a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode in a region corresponding to the pressure generating chamber via a vibration plate constituting a part of the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening. In the recording head, the ends of the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element on both sides in the width direction are located in a region facing the pressure generating chamber, and at least both sides in the width direction of the piezoelectric layer have a tensile stress. An ink jet recording head, wherein a tensile film having the following is continuously provided.
【請求項2】 請求項1において、前記引張り膜は、前
記圧電体層の幅方向両端側の端面に接触して設けられて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the tensile film is provided in contact with end faces on both ends in the width direction of the piezoelectric layer.
【請求項3】 請求項1において、前記引張り膜は、前
記圧電体層及び前記上電極の幅方向両端側の端面に接触
して設けられていることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッド。
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the tensile film is provided in contact with the end surfaces of the piezoelectric layer and the upper electrode on both ends in the width direction.
【請求項4】 請求項3において、前記引張り膜は、前
記上電極の上面を覆っていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
4. The ink jet recording head according to claim 3, wherein the tensile film covers an upper surface of the upper electrode.
【請求項5】 請求項1において、前記引張り膜は絶縁
性の材料からなることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッド。
5. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said tensile film is made of an insulating material.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記引
張り膜は耐環境保護膜を兼ねることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。
6. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said tensile film also serves as an environmental protection film.
【請求項7】 請求項1〜6の何れかにおいて、前記引
張り膜は層間絶縁膜を兼ねることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
7. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said tensile film also serves as an interlayer insulating film.
【請求項8】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記引
張り膜は有機材料からなることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッド。
8. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said tensile film is made of an organic material.
【請求項9】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記引
張り膜は導電性の材料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。
9. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said tensile film is made of a conductive material.
【請求項10】 請求項1において、前記引張り膜は上
電極を兼ねることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッド。
10. The ink jet recording head according to claim 1, wherein said tensile film also serves as an upper electrode.
【請求項11】 請求項1〜10の何れかにおいて、前
記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチング
により形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグ
ラフィ法により形成されたものであることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッド。
11. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head, comprising:
【請求項12】 請求項1〜11の何れかのインクジェ
ット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジ
ェット式記録装置。
12. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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