JP2001096747A - Ink-jet recording head and its manufacturing method and ink-jet recording apparatus - Google Patents

Ink-jet recording head and its manufacturing method and ink-jet recording apparatus

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JP2001096747A
JP2001096747A JP28116599A JP28116599A JP2001096747A JP 2001096747 A JP2001096747 A JP 2001096747A JP 28116599 A JP28116599 A JP 28116599A JP 28116599 A JP28116599 A JP 28116599A JP 2001096747 A JP2001096747 A JP 2001096747A
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pressure generating
jet recording
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recording head
ink jet
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink-jet recording head and an ink-jet recording apparatus in which a break of an elastic plate and a piezoelectric layer at a boundary part between a pressure generation chamber and a peripheral wall is prevented. SOLUTION: The ink-jet recording head has a pressure generation chamber 12 communicating with a nozzle opening 11, and a piezoelectric element 300 comprised of a lower electrode 60, a piezoelectric layer 70 and an upper electrode 80 which is set via an elastic plate 50 in a region corresponding to the pressure generation chamber 12. The ink-jet recording head has an extension part 330 where the lower electrode 60, piezoelectric layer 70 and upper electrode 80 constituting the piezoelectric element 300 extend from inside a region to outside the region opposite to the pressure generation chamber 12. A space part 100 is formed between the piezoelectric layer 70 and the elastic plate 50 at a region opposite to a boundary between an end part of the pressure generation chamber 12 and a peripheral wall. At least the piezoelectric layer 70 and the upper electrode 80 are set extending over the space part 100.

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に弾性板を介
して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その製
造方法並びに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 formed in a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging an ink drop through an elastic plate, and the ink drop is discharged by displacement of the piezoelectric element. The present invention relates to an ink jet recording head, a method for manufacturing the same, and an ink jet recording apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を弾性板で構成し、この弾性板を圧
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 which communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by an elastic plate, and the elastic plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize ink in the pressure generating chamber to cause a pressure from 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弾性板に当接させ
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。
[0003] 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 an elastic plate, 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弾性板に圧電素子を作
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 an elastic plate by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of the pressure generating chamber and firing the green sheet. 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、弾性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 elastic plate 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弾性板に貼付ける
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。
According to this, the operation of attaching the piezoelectric element to the elastic plate becomes unnecessary, and not only can the piezoelectric element be manufactured by the precise and simple method of lithography, but also the thickness of the piezoelectric element can be reduced. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構造では、一般的に圧電素子が圧力発生室の周壁
上まで延設されているため、圧電素子の駆動時に圧力発
生室の端部と周壁との境界部で圧電素子に応力が集中す
るため、弾性板及び圧電体層が破壊してしまうという問
題がある。
However, in the above-described structure, the piezoelectric element generally extends to the peripheral wall of the pressure generating chamber. Since stress concentrates on the piezoelectric element at the boundary with the peripheral wall, there is a problem that the elastic plate and the piezoelectric layer are broken.

【0008】本発明は、このような事情に鑑み、圧力発
生室と周壁との境界部での弾性板及び圧電体層の破壊を
防止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 in which the elastic plate and the piezoelectric layer are prevented from being broken at the boundary between the pressure generating chamber and the peripheral wall. Make it an issue.

【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
と、この圧力発生室に対応する領域に弾性板を介して設
けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子
とを備える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下電極、前記圧電体層及び前記
上電極が前記圧力発生室に対向する領域内から領域外ま
で延設される延設部を有し、この延設部の前記圧力発生
室の端部と周壁との境界に対向する領域の前記圧電体層
と前記弾性板との間には空間部を有し、少なくとも前記
圧電体層及び前記上電極が、前記空間部を跨いで延設さ
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 first aspect of the present invention, there is provided a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and a pressure generating chamber provided in an area corresponding to the pressure generating chamber via an elastic plate. In an ink jet recording head including a lower electrode, a piezoelectric layer, and a piezoelectric element including an upper electrode, an area in which the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode constituting the piezoelectric element face the pressure generating chamber. From the piezoelectric layer and the elastic plate in a region facing the boundary between the end of the pressure generating chamber and the peripheral wall of the extended portion. An ink jet recording head having a space portion, wherein at least the piezoelectric layer and the upper electrode extend over the space portion.

【0010】かかる第1の態様では、圧電素子の延設部
に空間部が設けられているため、圧力発生室の端部と周
壁との境界に対応する領域の弾性板及び延設部の破壊を
防ぐことができる。
In the first aspect, since the space is provided in the extension of the piezoelectric element, the elastic plate and the extension in the area corresponding to the boundary between the end of the pressure generating chamber and the peripheral wall are destroyed. Can be prevented.

【0011】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記空間部は、前記下電極と前記弾性板との間に形
成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドにある。
A second aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the first aspect, wherein the space is formed between the lower electrode and the elastic plate.

【0012】かかる第2の態様では、延設部の下電極と
弾性板との間に空間部が形成されているため、圧電素子
の駆動による圧力発生室の端部と周壁との境界における
弾性板の破壊を防ぐことができる。
In the second aspect, since the space is formed between the lower electrode of the extending portion and the elastic plate, the elasticity at the boundary between the end of the pressure generating chamber and the peripheral wall due to the driving of the piezoelectric element. The board can be prevented from being destroyed.

【0013】本発明の第3の態様は、第2の態様におい
て、前記空間部を跨いで延設された前記下電極は、断面
逆凹字状となっていることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドにある。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the lower electrode extending across the space has an inverted concave cross section. In the head.

【0014】かかる第3の態様では、空間部を所定形状
とすることにより、弾性板の破壊を確実に防止すること
ができる。
In the third aspect, the elastic portion can be reliably prevented from being broken by forming the space portion into a predetermined shape.

【0015】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記圧電体層は、前記空間部に対向す
る領域の厚さが前記圧力発生室に対向する領域の厚さに
比べ薄く形成されていることを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッドにある。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the piezoelectric layer has a thickness in a region facing the space and a thickness in a region facing the pressure generating chamber. An ink jet recording head characterized in that it is formed to be thinner than the above.

【0016】かかる第4の態様では、圧力発生室の端部
と周壁に対応する領域の弾性板の変位が阻害されず弾性
板の変位効率が向上する。
In the fourth aspect, the displacement of the elastic plate in the region corresponding to the end of the pressure generating chamber and the peripheral wall is not hindered, and the displacement efficiency of the elastic plate is improved.

【0017】本発明の第5の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記空間部上に位置する前記圧電素子
は、前記圧力発生室の端部と周壁との境界に対向する領
域に設けられると共に最終的に除去される犠牲層上に形
成された薄膜から構成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, in any one of the first to fourth aspects, the piezoelectric element located on the space portion faces a boundary between an end of the pressure generating chamber and a peripheral wall. An ink jet recording head is characterized by being constituted of a thin film formed on a sacrificial layer which is provided in a region and is finally removed.

【0018】かかる第5の態様では、犠牲層により容易
に空間部を形成することができると共に薄膜プロセスで
圧電素子を容易に形成することができる。
According to the fifth aspect, the space can be easily formed by the sacrificial layer, and the piezoelectric element can be easily formed by the thin film process.

【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、前記空間部の厚みは、0.2μmから
1.0μmの間であることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドにある。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the thickness of the space portion is between 0.2 μm and 1.0 μm. It is in.

【0020】かかる第6の態様では、空間部を所定の厚
みで形成することにより、より確実に空間部に対応する
領域の弾性板の破壊が防止される。
In the sixth aspect, by forming the space portion with a predetermined thickness, the elastic plate in the region corresponding to the space portion is more reliably prevented from being broken.

【0021】本発明の第7の態様は、第2〜6の何れか
の態様において、前記下電極の前記空間部側には、保護
膜を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドにある。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to any one of the second to sixth aspects, wherein a protective film is provided on the space side of the lower electrode.

【0022】かかる第7の態様では、空間部の下電極の
表面が保護膜によって覆われているため、下電極の破壊
等が防止される。
In the seventh aspect, since the surface of the lower electrode in the space is covered with the protective film, the lower electrode is prevented from being broken.

【0023】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 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 element is formed by film formation. An ink jet recording head is formed by a lithography method.

【0024】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.

【0025】本発明の第9の態様は、第1〜8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 ninth 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 eighth aspects.

【0026】かかる第9の態様では、ヘッドのインク吐
出性能を向上すると共に高密度化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 ninth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus in which the ink discharge performance of the head is improved and the density is increased.

【0027】本発明の第10の態様は、ノズル開口に連
通する圧力発生室が画成される流路形成基板の前記圧力
発生室に対応する領域に弾性板、下電極、圧電体層及び
上電極を順次形成して圧電素子を形成すると共に、該圧
電素子の前記圧力発生室に対向する領域内から領域外ま
で延設した延設部の前記圧力発生室の端部と周壁との境
界に対向する領域の前記圧電体層と前記弾性板との間に
空間部を形成し、少なくとも前記圧電体層及び前記上電
極が前記空間部を跨いで延設するインクジェット式記録
ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に前記
弾性板を形成した後、当該弾性板上の前記圧電素子を形
成する途中で前記圧力発生室の端部と周壁との境界部分
に対向する領域に犠牲層をパターン形成する工程と、前
記犠牲層を除去して前記空間部を形成する工程とを有す
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造
方法にある。
According to a tenth aspect of the present invention, an elastic plate, a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper plate are provided in a region corresponding to the pressure generating chamber of the flow path forming substrate in which the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening is defined. Electrodes are sequentially formed to form a piezoelectric element, and at the boundary between the end of the pressure generating chamber and the peripheral wall of an extended portion of the piezoelectric element extending from an area facing the pressure generating chamber to outside the area. A method of manufacturing an ink jet recording head, wherein a space is formed between the piezoelectric layer and the elastic plate in a region facing each other, and at least the piezoelectric layer and the upper electrode extend over the space. After the elastic plate is formed on the flow path forming substrate, a sacrificial layer is formed in a region facing the boundary between the end of the pressure generating chamber and the peripheral wall during the formation of the piezoelectric element on the elastic plate. Patterning and removing the sacrificial layer In a method for manufacturing the ink jet recording head is characterized in that a step of forming the space portion.

【0028】かかる第10の態様では、延設部の圧力発
生室の端部と周壁との境界に空間部を比較的容易に形成
することができる。
In the tenth aspect, the space can be relatively easily formed at the boundary between the end of the pressure generating chamber of the extension and the peripheral wall.

【0029】本発明の第11の態様は、第10の態様に
おいて、前記犠牲層のパターン形成は、前記下電極を形
成する前に行われることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドの製造方法にある。
An eleventh aspect of the present invention is the method for manufacturing an ink jet recording head according to the tenth aspect, wherein the pattern formation of the sacrificial layer is performed before the formation of the lower electrode. .

【0030】かかる第11の態様では、延設部の下電極
と弾性板との間に空間部を比較的容易に形成することが
できる。
In the eleventh aspect, the space can be relatively easily formed between the lower electrode of the extension and the elastic plate.

【0031】本発明の第12の態様は、第11の態様に
おいて、前記犠牲層をパターン形成した後に、前記弾性
板上及び前記犠牲層上に保護膜を形成することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the ink jet recording method according to the eleventh aspect, a protective film is formed on the elastic plate and the sacrifice layer after the sacrifice layer is patterned. In the method of manufacturing the head.

【0032】かかる第12の態様では、保護膜を設ける
ことにより、犠牲層を除去する際に下電極を保護するこ
とができる。
In the twelfth aspect, by providing the protective film, the lower electrode can be protected when the sacrificial layer is removed.

【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、圧力発生室の長手方向における断面図
である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view in the longitudinal direction of a pressure generating chamber.

【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
コン膜51上に酸化ジルコニウム膜52を形成し、この
二酸化シリコン膜51と酸化ジルコニウム膜52とから
なる弾性板50が形成されている。
On one surface of the flow path forming substrate 10, an opening surface is formed, and on the other surface, a zirconium oxide film 52 is formed on a silicon dioxide film 51 previously formed by thermal oxidation, and the silicon dioxide film 51 and the zirconium oxide are formed. An elastic plate 50 including the film 52 is formed.

【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板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、弾性板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 plate 50 substantially through 0. The amount of the elastic plate 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。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20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.]. The sealing plate 20 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.
The other surface of the sealing plate 20 forms one wall surface of the common ink chamber 31.

【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
側の弾性板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の圧電体層
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、圧電体層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層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
層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。すなわち、下電極膜60とは不連続で圧電素子30
0の配線として用いられる配線用下電極膜61が、各圧
力発生室12毎に設けられており、この配線用下電極膜
61と上電極膜80とがリード電極81によって接続さ
れている。また、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。ここで
は、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により
変位が生じる弾性板とを合わせて圧電アクチュエータと
称する。
On the other hand, on the elastic plate 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, a thickness of, for example, about 0.5 μm
A lower electrode film 60, a piezoelectric layer 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 laminated and formed by a process described later, and the piezoelectric element 30 is formed.
0. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each of the pressure generating chambers 12. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 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 a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. That is, the piezoelectric element 30 is discontinuous with the lower electrode film 60.
A lower electrode film 61 for wiring used as a zero wiring is provided for each pressure generating chamber 12, and the lower electrode film 61 for wiring and the upper electrode film 80 are connected by a lead electrode 81. In addition, there is no problem even if this is reversed for convenience of the drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Here, the piezoelectric element 300 and an elastic plate whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.

【0047】また、圧電素子300は圧力発生室12に
対向する領域内から領域外に延設された引き出し部33
0を有している。この引き出し部330では、下電極膜
60は、圧力発生室12の端部と周壁との境界に設けら
れた断面略矩形の空間部100を跨ぐ凹字状に屈曲した
屈曲部65となっている。また、空間部100上の引き
出し部330の圧電体層70は圧電体能動部320のそ
れに比べ薄くなっている。
Further, the piezoelectric element 300 has a drawer portion 33 extending from the area facing the pressure generating chamber 12 to the outside of the area.
It has 0. In the lead portion 330, the lower electrode film 60 is a bent portion 65 bent in a concave shape straddling the space portion 100 having a substantially rectangular cross section provided at the boundary between the end of the pressure generating chamber 12 and the peripheral wall. . In addition, the piezoelectric layer 70 of the lead portion 330 on the space 100 is thinner than that of the piezoelectric active portion 320.

【0048】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、圧電体層70等を形成するプロセス
を図3〜5を参照しながら説明する。なお、図3及び図
4は圧力発生室に対向する領域の長手方向断面図であ
り、図5は圧力発生室の隔壁に対向する領域の断面図で
ある。
Here, a process of forming the piezoelectric layer 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. 3 and 4 are longitudinal sectional views of a region facing the pressure generating chamber, and FIG. 5 is a sectional view of a region facing the partition of the pressure generating chamber.

【0049】まず、図3(a)に示すように、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膜51を形成
する。その後、二酸化シリコン膜51上にジルコニウム
層を形成後、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱
酸化して酸化ジルコニウム膜52とする。本実施形態で
は、二酸化シリコン膜51と酸化ジルコニウム膜52と
を弾性板50とする。
First, as shown in FIG. 3 (a), a wafer of a silicon single crystal
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form a silicon dioxide film 51. After that, a zirconium layer is formed on the silicon dioxide film 51, and then thermally oxidized in a diffusion furnace at, for example, 500 to 1200 ° C. to form a zirconium oxide film 52. In this embodiment, the silicon dioxide film 51 and the zirconium oxide film 52 are used as the elastic plate 50.

【0050】次に、図3(b)に示すように、弾性板5
0上に犠牲層90を形成すると共に後の工程で形成され
る各圧力発生室12の長手方向端部と周壁との境界に対
向する領域に各圧力発生室の幅方向に亘って犠牲層90
が残るようにパターニングする。この犠牲層90は、各
圧力発生室毎に設けてもよい。
Next, as shown in FIG.
0, and a sacrificial layer 90 is formed in a region facing a boundary between a longitudinal end portion of each of the pressure generating chambers 12 and a peripheral wall to be formed in a later step, in a width direction of each pressure generating chamber.
Is patterned so as to remain. The sacrificial layer 90 may be provided for each pressure generating chamber.

【0051】次に、図3(c)に示すように、スパッタ
リングで弾性板50上及び犠牲層90上に亘って下電極
膜60を形成する。このとき、下電極膜60は犠牲層9
0の表面に沿って成膜され逆凹字状に屈曲した屈曲部6
5が形成される。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層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
層70としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)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. 3C, the lower electrode film 60 is formed on the elastic plate 50 and the sacrificial layer 90 by sputtering. At this time, the lower electrode film 60 is
Bending portion 6 formed along the surface of 0 and bent in an inverted concave shape
5 are formed. As a material of the lower electrode film 60, platinum or the like is preferable. This is because it is necessary to crystallize a piezoelectric layer 70 described later, which is formed by a sputtering method or a sol-gel method, by firing at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. Because. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity under such a high temperature and oxidizing atmosphere. In particular, when the piezoelectric layer 70 is made of lead zirconate titanate (PZT), It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of lead oxide is small, and for these reasons, platinum is preferred.

【0052】また、後の犠牲層90を除去する工程で、
下電極膜60に悪影響を及ぼさないために、犠牲層90
上及び弾性板50上に亘って、例えば、酸化ジルコニウ
ム(ZrO2)等の保護膜を形成後、保護膜上に下電極
膜60を形成するのが好ましい。
In a later step of removing the sacrificial layer 90,
In order not to adversely affect the lower electrode film 60, the sacrificial layer 90
After forming a protective film such as zirconium oxide (ZrO 2 ) on the upper and elastic plates 50, it is preferable to form the lower electrode film 60 on the protective film.

【0053】次に、図3(d)に示すように、下電極膜
60上に圧電体層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
物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法
を用いて形成した。圧電体層70の材料としては、チタ
ン酸ジルコン酸鉛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、この圧電体層
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. 3D, a piezoelectric layer 70 is formed on the lower electrode film 60. In this embodiment, a so-called sol-gel method is used, in which a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried and gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. Formed. As a material for the piezoelectric layer 70, a lead zirconate titanate-based material is suitable when used in an ink jet recording head. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited, and may be, for example, a sputtering method.

【0054】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛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, after forming a precursor film of lead zirconate titanate by a sol-gel method or a sputtering method,
A method of growing crystals at a low temperature by a high-pressure treatment method in an alkaline aqueous solution may be used.

【0055】次に、図4(a)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. 4A, 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.

【0056】次に、図4(b)に示すように、圧電体層
70及び上電極膜80をエッチングして圧電体能動部3
20及び引き出し部330のパターニングを行う。この
とき、エッチングは上電極膜80及び圧電体層70の厚
さ分だけ行われるため、図5に示すように、圧力発生室
12の隔壁に対向する領域では、下電極膜60の屈曲部
65及び犠牲層90の一部が除去されて、犠牲層90の
一部が露出した露出部90aが形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are etched to
The patterning of 20 and the lead-out part 330 is performed. At this time, since the etching is performed only for the thickness of the upper electrode film 80 and the thickness of the piezoelectric layer 70, as shown in FIG. Then, a part of the sacrifice layer 90 is removed to form an exposed part 90a in which a part of the sacrifice layer 90 is exposed.

【0057】次に、図4(c)に示すように、犠牲層9
0の露出部90aから犠牲層90をウェットエッチング
または蒸気によるエッチングにより除去し、空間部10
0を形成する。本実施形態では、犠牲層90の材料とし
て、PSGを用いているため、弗酸水溶液によってエッ
チングした。なお、ポリシリコンを用いた場合には、弗
酸及び硝酸の混合水溶液、あるいは水酸化カリウム水溶
液によってエッチングすることができる。また、犠牲層
90をエッチングする際、圧電素子300に影響を及ぼ
さないために、少なくとも圧電素子300を覆うように
保護膜を形成し、保護膜の犠牲層90の露出部90aに
対向する領域に貫通孔を設け、この貫通孔から犠牲層9
0をエッチングするのが好ましい。なお、圧電体層70
にも影響を及ぼさないアセトン等の溶媒で除去できるレ
ジストを犠牲層として用いてもよく、この場合には特に
保護膜を設ける必要はない。
Next, as shown in FIG. 4C, the sacrificial layer 9 is formed.
The sacrificial layer 90 is removed from the exposed portion 90a of the space 10 by wet etching or etching with steam, and the space 10 is removed.
0 is formed. In this embodiment, since the sacrifice layer 90 is made of PSG, the sacrifice layer 90 is etched with a hydrofluoric acid aqueous solution. When polysilicon is used, etching can be performed with a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid or an aqueous solution of potassium hydroxide. In addition, when etching the sacrificial layer 90, a protective film is formed so as to cover at least the piezoelectric element 300 so as not to affect the piezoelectric element 300, and the protective film is formed in a region of the protective film facing the exposed portion 90a of the sacrificial layer 90. A through hole is provided, and the sacrificial layer 9 is formed through the through hole.
Preferably, 0 is etched. The piezoelectric layer 70
A resist that can be removed with a solvent such as acetone which does not affect the above may be used as the sacrificial layer. In this case, it is not necessary to provide a protective film.

【0058】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(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。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 4D, 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.

【0059】このように、本実施形態では、引き出し部
330が駆動しても圧力発生室12の長手方向端部と周
壁との境界部分の下電極膜60と弾性板50との間に空
間である空間部100を設けることにより、境界の弾性
板50及び引き出し部330の破壊が防止される。
As described above, in the present embodiment, even if the drawer 330 is driven, a space is formed between the lower electrode film 60 and the elastic plate 50 at the boundary between the longitudinal end of the pressure generating chamber 12 and the peripheral wall. By providing a certain space portion 100, destruction of the boundary elastic plate 50 and the drawer portion 330 is prevented.

【0060】また、引き出し部330の圧電素子300
は、空間部100によって薄く形成されているため、弾
性板50の変位を阻害せず弾性板50の変位効率が向上
する。なお、本実施形態では、引き出し部330を圧力
発生室12の長手方向端部に設けるようにしたが、これ
に限定されず、引き出し部330は配線の都合によって
圧力発生室12の任意の場所に設けることができる。ま
た、圧力発生室12の長手方向両端部に同様の構造を設
けてもよい。
The piezoelectric element 300 of the drawer 330
Since the is formed thin by the space 100, the displacement efficiency of the elastic plate 50 is improved without hindering the displacement of the elastic plate 50. In the present embodiment, the drawer 330 is provided at the longitudinal end of the pressure generating chamber 12. However, the present invention is not limited to this, and the drawer 330 may be located at an arbitrary position in the pressure generating chamber 12 due to wiring. Can be provided. Further, a similar structure may be provided at both ends in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12.

【0061】以上説明した圧電体能動部320及び圧力
発生室12等の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。
A series of film formation and anisotropic etching of the piezoelectric active section 320 and the pressure generating chamber 12 described above are performed by:
A large number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after completion of the process, the wafer is divided into flow path forming substrates 10 each having one chip size as shown in FIG. 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.

【0062】また、このように構成したインクジェット
式記録ヘッドは、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、弾性板50、下電極膜60及び圧電体層70をた
わみ変形させることにより、圧力発生室12内の圧力が
高まりノズル開口11からインク滴が吐出する。
The ink jet recording head thus configured takes in ink from an ink inlet 42 connected to external ink supply means (not shown) and fills the interior from the common ink chamber 31 to the nozzle opening 11 with ink. After that, a voltage is applied 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) to cause the elastic plate 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 to bend and deform. As a result, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle opening 11.

【0063】(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圧力発生室の長手方向の
断面図を示す。なお、前述した実施形態で説明したもの
と同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複
する説明は省略する。
(Embodiment 2) FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a pressure generating chamber of an ink jet recording head according to Embodiment 2. Note that members having the same functions as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0064】図6に示すように、下電極膜60Aは弾性
板50上に全面に亘って形成されており、空間部100
を圧力発生室12の端部と周壁との境界に対向する下電
極膜60Aと圧電体層70Aとの間に設けた例である。
すなわち、引き出し部330の圧電体層70Aには、幅
方向に亘って溝が設けられており、この溝が空間部10
0となっている。
As shown in FIG. 6, the lower electrode film 60A is formed over the entire surface of the elastic plate 50,
Is provided between the lower electrode film 60A facing the boundary between the end of the pressure generating chamber 12 and the peripheral wall and the piezoelectric layer 70A.
That is, a groove is provided in the piezoelectric layer 70 </ b> A of the lead portion 330 in the width direction, and the groove is formed in the space 10.
It is 0.

【0065】このようなインクジェット式記録ヘッドの
製造方法は、弾性板50上に下電極膜60Aを形成し、
下電極膜60A上に犠牲層90をパターン形成する以
外、上述した実施形態1の製造方法と同様である。ま
た、犠牲層90の材料は、後の犠牲層90を除去する工
程で圧電体層70A及び下電極膜60Aが除去されない
ように、本実施形態では、例えば、レジストからなる犠
牲層90をスピンコートで形成し、犠牲層90を除去す
る工程では、アセトン等の溶剤によりエッチングして除
去した。
In the method of manufacturing such an ink jet recording head, the lower electrode film 60A is formed on the elastic plate 50,
This is the same as the manufacturing method of the first embodiment described above, except that the sacrificial layer 90 is patterned on the lower electrode film 60A. In this embodiment, the material of the sacrificial layer 90 is, for example, spin-coated with a resist so that the piezoelectric layer 70A and the lower electrode film 60A are not removed in the subsequent step of removing the sacrificial layer 90. In the step of removing the sacrifice layer 90, it was removed by etching with a solvent such as acetone.

【0066】このような構成のインクジェット式記録ヘ
ッドでは、各電極膜60A、80に電圧を印加した場
合、圧電体能動部320は駆動するが、引き出し部33
0では下電極膜60Aと圧電体層70Aとが空間部10
0によって離れているため電圧が印加されず駆動しない
ことになる。このことから引き出し部330の破壊を防
ぐことができる。
In the ink jet recording head having such a configuration, when a voltage is applied to each of the electrode films 60A and 80, the piezoelectric active portion 320 is driven, but the lead portion 33 is driven.
0, the lower electrode film 60A and the piezoelectric layer 70A are
Since it is separated by 0, no voltage is applied and no driving is performed. This can prevent the drawer 330 from being broken.

【0067】(他の実施形態)以上、本発明の各実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other Embodiments) The embodiments of the present invention have been described above, but the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to the above.

【0068】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、薄肉壁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 wall 41 may be made of glass ceramic as a separate member. Changes are free.

【0069】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.

【0070】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図7、その流路の断面を図8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120に穿設され、これらノズル開口11と圧力
発生室12とを連通するノズル連通口22が、封止板2
0、共通インク室形成基板30、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. 7 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG. 8 is a sectional view of the flow path. In this embodiment, the nozzle opening 11 is formed in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric element, and the nozzle communication port 22 for communicating the nozzle opening 11 with the pressure generating chamber 12 is provided in the sealing plate 2.
0, the common ink chamber forming substrate 30, the thin plate 41A, and the ink chamber side plate 40A.

【0071】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
40Aに開口40bを形成した以外は、基本的に上述し
た実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付し
て重複する説明は省略する。
In this embodiment, the thin plate 41
A is basically the same as the above-described embodiment except that the ink chamber side plate 40A and the ink chamber side plate 40A are separate members, and the opening is formed in the ink chamber side plate 40A. Is omitted.

【0072】勿論、以上説明した各実施形態は、適宜組
み合わせて実施することにより、より一層の効果を奏す
るものであることは言うまでもない。
Of course, it is needless to say that the respective embodiments described above can achieve further effects by being appropriately combined and implemented.

【0073】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.

【0074】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9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 or the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the ink jet recording apparatus.

【0075】図9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1
B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. 9, the recording head units 1A and 1B having ink jet recording heads are provided with detachable cartridges 2A and 2B constituting ink supply means.
The carriage 3 on which B is mounted is provided movably in the axial direction on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4. The recording head units 1A and 1B are, for example,
Each of them ejects a black ink composition and a color ink composition.

【0076】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。
Then, 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, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller, is wound around the platen 8 and conveyed. It has become so.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
引き出し部の少なくとも圧電体層及び上電極と弾性板と
の間の圧力発生室の端部と周壁との境界に対向する領域
に空間である空間部を設けるようにした。これにより、
引き出し部が弾性板から浮いている構造となり、引き出
し部における応力集中による弾性板の破壊を防止するこ
とができる。また、引き出し部の圧電体層は、圧力発生
室に対向する領域のそれに比べ空間部の分だけ薄く形成
されるため、弾性板の変位を阻害せず弾性板の変位効率
が向上する。さらに、引き出し部によって弾性板の破壊
が防止されることから、引き出し部を任意の場所に設け
ることができる。
As described above, according to the present invention,
A space, which is a space, is provided at least in a region facing the boundary between the end portion of the pressure generating chamber between the upper electrode and the elastic plate and the peripheral wall and the peripheral wall of the lead portion. This allows
The drawer has a structure floating from the elastic plate, so that the elastic plate can be prevented from being broken by stress concentration at the drawer. Further, since the piezoelectric layer of the drawer portion is formed to be thinner by the space portion than that of the region facing the pressure generating chamber, the displacement efficiency of the elastic plate is improved without disturbing the displacement of the elastic plate. Further, since the elastic plate is prevented from being broken by the drawer, the drawer can be provided at an arbitrary position.

【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
録ヘッドの要部断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the inkjet recording head according to the first embodiment of the invention.

【図3】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図であり、圧力発生室に
対向する領域の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and is a cross-sectional view of a region facing a pressure generating chamber.

【図4】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図であり、圧力発生室に
対向する領域の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view of a region facing a pressure generating chamber.

【図5】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す図であり、圧力発生室の隔壁
に対向する領域の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a step of manufacturing the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention, which is a region of the pressure generating chamber facing the partition.

【図6】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 invention.

【図7】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. 7 is an exploded perspective view 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係るインクジェット式
記録ヘッドを示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図9】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. 9 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 弾性板 51 酸化シリコン膜 52 酸化ジルコニウム膜 60 下電極膜 61 配線用下電極膜 65 屈曲部 70 圧電体層 80 上電極膜 90 犠牲層 90a 露出部 100 空間部 300 圧電素子 320 圧電体能動部 330 引き出し部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 11 nozzle opening 12 pressure generating chamber 50 elastic plate 51 silicon oxide film 52 zirconium oxide film 60 lower electrode film 61 lower electrode film 65 for wiring 65 bent portion 70 piezoelectric layer 80 upper electrode film 90 sacrifice layer 90a exposed portion Reference Signs List 100 space 300 piezoelectric element 320 piezoelectric active part 330 lead-out part

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズル開口に連通する圧力発生室と、こ
の圧力発生室に対応する領域に弾性板を介して設けられ
た下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを備
える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下電極、前記圧電体層及び
前記上電極が前記圧力発生室に対向する領域内から領域
外まで延設される延設部を有し、この延設部の前記圧力
発生室の端部と周壁との境界に対向する領域の前記圧電
体層と前記弾性板との間には空間部を有し、少なくとも
前記圧電体層及び前記上電極が、前記空間部を跨いで延
設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。
1. An ink jet type comprising: a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening; and a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided in a region corresponding to the pressure generating chamber via an elastic plate. In the recording head, the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode constituting the piezoelectric element have an extending portion extending from an area facing the pressure generating chamber to an area outside the pressure generating chamber. The space between the piezoelectric layer and the elastic plate in a region facing the boundary between the end of the pressure generating chamber and the peripheral wall of the portion, at least the piezoelectric layer and the upper electrode, the An ink jet type recording head extending over a space.
【請求項2】 請求項1において、前記空間部は、前記
下電極と前記弾性板との間に形成されていることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the space is formed between the lower electrode and the elastic plate.
【請求項3】 請求項2において、前記空間部を跨いで
延設された前記下電極は、断面逆凹字状となっているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein the lower electrode extending across the space has an inverted concave cross section.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記圧
電体層は、前記空間部に対向する領域の厚さが前記圧力
発生室に対向する領域の厚さに比べ薄く形成されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
4. The piezoelectric layer according to claim 1, wherein a thickness of a region facing the space portion is smaller than a thickness of a region facing the pressure generating chamber. An ink jet recording head, characterized in that:
【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記空
間部上に位置する前記圧電素子は、前記圧力発生室の端
部と周壁との境界に対向する領域に設けられると共に最
終的に除去される犠牲層上に形成された薄膜から構成さ
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 piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric element located on the space is provided in a region facing a boundary between an end of the pressure generating chamber and a peripheral wall, and is finally provided. An ink jet recording head comprising a thin film formed on a sacrificial layer to be removed.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記空
間部の厚みは、0.2μmから1.0μmの間であるこ
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 thickness of the space is between 0.2 μm and 1.0 μm.
【請求項7】 請求項2〜6の何れかにおいて、前記下
電極の前記空間部側には、保護膜を有することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッド。
7. The ink jet recording head according to claim 2, wherein a protective film is provided on the space side of the lower electrode.
【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。
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 element is formed by film formation and a lithography method. An ink jet recording head, comprising:
【請求項9】 請求項1〜8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。
9. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
【請求項10】 ノズル開口に連通する圧力発生室が画
成される流路形成基板の前記圧力発生室に対応する領域
に弾性板、下電極、圧電体層及び上電極を順次形成して
圧電素子を形成すると共に、該圧電素子の前記圧力発生
室に対向する領域内から領域外まで延設した延設部の前
記圧力発生室の端部と周壁との境界に対向する領域の前
記圧電体層と前記弾性板との間に空間部を形成し、少な
くとも前記圧電体層及び前記上電極を前記空間部を跨い
で延設するインクジェット式記録ヘッドの製造方法であ
って、 前記流路形成基板上に前記弾性板を形成した後、当該弾
性板上の前記圧電素子を形成する途中で前記圧力発生室
の端部と周壁との境界部分に対向する領域に犠牲層をパ
ターン形成する工程と、前記犠牲層を除去して前記空間
部を形成する工程とを有することを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法。
10. An elastic plate, a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode are sequentially formed in a region corresponding to the pressure generating chamber of a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is defined. Forming an element and extending the piezoelectric element in a region facing the boundary between an end of the pressure generating chamber and a peripheral wall of an extended portion extending from inside a region facing the pressure generating chamber to outside the region; A method for manufacturing an ink jet recording head, wherein a space is formed between a layer and the elastic plate, and at least the piezoelectric layer and the upper electrode extend over the space. After the elastic plate is formed thereon, a step of patterning a sacrificial layer in a region opposed to a boundary between the end portion of the pressure generating chamber and the peripheral wall while forming the piezoelectric element on the elastic plate, Forming the space by removing the sacrificial layer Method of manufacturing the ink jet recording head is characterized in that a step.
【請求項11】 請求項10において、前記犠牲層のパ
ターン形成を前記下電極を形成する前に行うことを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
11. The method according to claim 10, wherein the pattern formation of the sacrificial layer is performed before the formation of the lower electrode.
【請求項12】 請求項11において、前記犠牲層をパ
ターン形成した後に、前記弾性板上及び前記犠牲層上に
保護膜を形成することを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドの製造方法。
12. The method according to claim 11, wherein a protective film is formed on the elastic plate and the sacrificial layer after patterning the sacrificial layer.
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