JP2001260348A - Ink jet recording head and ink jet recorder - Google Patents

Ink jet recording head and ink jet recorder

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JP2001260348A
JP2001260348A JP2000038751A JP2000038751A JP2001260348A JP 2001260348 A JP2001260348 A JP 2001260348A JP 2000038751 A JP2000038751 A JP 2000038751A JP 2000038751 A JP2000038751 A JP 2000038751A JP 2001260348 A JP2001260348 A JP 2001260348A
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piezoelectric
jet recording
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head and an ink jet recorder in which the efficiency of displacement due to driving of a piezoelectric element is enhanced. SOLUTION: The ink jet recording head comprises a diaphragm constituting a part of a pressure generating chamber 12 communicating with a nozzle opening, a lower electrode 60 constituting at least a part of the diaphragm, a piezoelectric element 300 comprising a piezoelectric layer 70 and an upper electrode 80, and a piezoelectric active part 320 serving as a substantial driving part of the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300 formed in a region facing the pressure generating chamber 12 wherein the neutral plane of driving through the piezoelectric active part 320 exists in the diaphragm.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素
子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a part of a pressure generating chamber which communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets, which is constituted by a vibrating plate. The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that eject ink droplets by displacement.

【0002】[0002]

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
2種類が実用化されている。
2. Description of the Related Art A part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibrating plate, and the vibrating plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generating chamber to pass the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads that eject ink droplets have been commercialized, one using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and the other using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. ing.

【0003】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
In the former method, the volume of the pressure generating chamber can be changed by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the diaphragm, so that a head suitable for high-density printing can be manufactured. There is a problem in that a difficult process of cutting into a comb shape in accordance with the arrangement pitch of the openings and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are required, and the manufacturing process is complicated.

【0004】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。
On the other hand, in the latter, a piezoelectric element can be formed on a diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of a pressure generating chamber and firing the green sheet. In addition, there is a problem that a certain area is required due to the use of flexural vibration, and that high-density arrangement is difficult.

【0005】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平5−286131号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って薄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 thin film 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、
圧電体層の圧電特性を向上するために、一般的に、圧電
体層を振動板の厚さよりも厚く形成している。そのた
め、圧電素子の駆動の際に、中立面が圧電体層内に位置
するため変位効率が低下し、圧電体層自体の変位力をイ
ンクの吐出力に十分に変換できていないという問題があ
る。
However, in the above-described manufacturing method using the thin film technology and the lithography method,
In general, in order to improve the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer, the piezoelectric layer is formed to be thicker than the diaphragm. Therefore, when the piezoelectric element is driven, the displacement efficiency is reduced because the neutral surface is located in the piezoelectric layer, and the displacement force of the piezoelectric layer itself cannot be sufficiently converted into the ink ejection force. is there.

【0008】本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子
の駆動による変位の効率を向上したインクジェット式記
録ヘッド及びインクジェット式記録装置を提供すること
を課題とする。
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide an ink jet type recording head and an ink jet type recording apparatus in which the displacement efficiency by driving the piezoelectric element is improved.

【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下電極、圧電体層及び上
電極からなる圧電素子を備え且つ前記圧力発生室に対向
する領域に前記圧電素子を構成する前記圧電体層の実質
的な駆動部となる圧電体能動部を具備するインクジェッ
ト式記録ヘッドにおいて、前記圧電体能動部の駆動によ
る中立面が前記振動板内に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 first aspect of the present invention, which solves the above-mentioned problems, a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode are provided via a diaphragm constituting a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening. An ink jet recording head, comprising: a piezoelectric element comprising an electrode; and a piezoelectric active section serving as a substantial driving section of the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element in a region facing the pressure generating chamber. An ink jet recording head is characterized in that a neutral surface driven by the body active part is located in the diaphragm.

【0010】かかる第1の態様では、圧電体層内に中立
面がないので、駆動の際、圧電体層には圧縮応力のみが
かかり、圧電素子の変位効率が向上される。
In the first aspect, since there is no neutral surface in the piezoelectric layer, only a compressive stress is applied to the piezoelectric layer during driving, and the displacement efficiency of the piezoelectric element is improved.

【0011】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記振動板のヤング率と膜厚の二乗との積が、前記
上電極及び前記圧電体層のヤング率と膜厚の二乗との積
よりも大きい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 product of the Young's modulus of the diaphragm and the square of the film thickness is the square of the Young's modulus and the film thickness of the upper electrode and the piezoelectric layer. The product is larger than the product of the above.

【0012】かかる第2の態様では、中立面が振動板内
に確実に位置し、変位の効率が向上する。
In the second aspect, the neutral surface is securely located in the diaphragm, and the displacement efficiency is improved.

【0013】本発明の第3の態様は、第2の態様におい
て、前記振動板のヤング率と膜厚の二乗との積が、前記
上電極及び前記圧電体層のヤング率と膜厚の二乗との積
の1〜50倍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 third aspect of the present invention, in the second aspect, the product of the Young's modulus of the diaphragm and the square of the film thickness is the square of the Young's modulus and the film thickness of the upper electrode and the piezoelectric layer. And 1 to 50 times the product of the above.

【0014】かかる第3の態様では、振動板のヤング率
と膜厚の二乗との積を所定範囲とすることにより、変位
の効率がより確実に向上する。
In the third aspect, by setting the product of the Young's modulus of the diaphragm and the square of the film thickness within a predetermined range, the efficiency of displacement is more reliably improved.

【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、前記下電極が、前記圧電体層の応力よ
りも大きい引張り応力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 fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the lower electrode has a tensile stress greater than the stress of the piezoelectric layer. It is in.

【0016】かかる第4の態様では、下電極の応力によ
る圧電体層の変位の阻害が防止される。
In the fourth aspect, the displacement of the piezoelectric layer due to the stress of the lower electrode is prevented from being hindered.

【0017】本発明の第5の態様は、第4の態様におい
て、前記圧電体層が有する応力が引張り応力であり、前
記下電極が前記圧電体層の引張り応力の1〜3倍である
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 fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the stress of the piezoelectric layer is a tensile stress, and the lower electrode is one to three times the tensile stress of the piezoelectric layer. An ink jet recording head is characterized in that:

【0018】かかる第5の態様では、下電極の応力によ
る圧電体層の変位の阻害がより確実に防止される。
[0018] In the fifth aspect, the displacement of the piezoelectric layer due to the stress of the lower electrode is more reliably prevented.

【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、前記上電極が、前記圧電体層の応力よ
りも大きい引張り応力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 sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the upper electrode has a tensile stress greater than the stress of the piezoelectric layer. It is in.

【0020】かかる第6の態様では、上電極の応力によ
る圧電体層の変位の阻害が防止される。
In the sixth aspect, the displacement of the piezoelectric layer due to the stress of the upper electrode is prevented from being hindered.

【0021】本発明の第7の態様は、第6の態様におい
て、前記圧電体層が有する応力が引張り応力であり、前
記上電極が前記圧電体層の引張り応力の1〜3倍である
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the stress of the piezoelectric layer is a tensile stress, and the upper electrode is one to three times the tensile stress of the piezoelectric layer. An ink jet recording head is characterized in that:

【0022】かかる第7の態様では、上電極の応力によ
る圧電体層の変位の阻害がより確実に防止される。
In the seventh aspect, the displacement of the piezoelectric layer due to the stress of the upper electrode is more reliably prevented.

【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、少なくとも前記圧電体能動部の前記圧
電体層と前記上電極との膜厚の和が、前記振動板と前記
下電極との膜厚の和よりも薄い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, at least the sum of the film thicknesses of the piezoelectric layer and the upper electrode of the piezoelectric active part is equal to that of the diaphragm. An ink jet recording head is characterized in that the thickness is smaller than the sum of the thicknesses of the lower electrode and the lower electrode.

【0024】かかる第8の態様では、中立面が確実に振
動板内となり、変位の効率が向上される。
[0024] In the eighth aspect, the neutral surface is securely in the diaphragm, and the displacement efficiency is improved.

【0025】本発明の第9の態様は、第1〜8の何れか
において、前記振動板が延性材料膜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 eighth aspects, wherein the diaphragm is made of a ductile material film.

【0026】かかる第9の態様では、振動板が引張り応
力に適した延性材料膜であるため、変位時の応力による
振動板の破壊が抑えられる。
In the ninth aspect, since the diaphragm is a ductile material film suitable for tensile stress, breakage of the diaphragm due to stress at the time of displacement can be suppressed.

【0027】本発明の第10の態様は、第9の態様にお
いて、前記振動板が前記下電極のみ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 tenth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the ninth aspect, wherein the diaphragm comprises only the lower electrode.

【0028】かかる第10の態様では、振動板が引張り
応力に適した下電極のみで構成されるため、変位時の応
力による破壊が確実に抑えられる。
In the tenth aspect, since the diaphragm is composed only of the lower electrode suitable for tensile stress, destruction due to stress at the time of displacement is reliably suppressed.

【0029】本発明の第11の態様は、第1〜9の何れ
かの態様において、前記振動板が少なくとも金属酸化膜
又は脆性材料膜の何れかを含み、前記圧電体能動部の駆
動による中立面が当該金属酸化膜又は脆性材料膜中に位
置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 an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the vibration plate includes at least one of a metal oxide film and a brittle material film, and the vibration plate is driven by driving the piezoelectric active portion. An ink jet recording head is characterized in that the upright surface is located in the metal oxide film or the brittle material film.

【0030】かかる第11の態様では、振動板に作用す
る応力が抑えられ、振動板の破損及び劣化等が防止され
る。
In the eleventh aspect, the stress acting on the diaphragm is suppressed, and breakage and deterioration of the diaphragm are prevented.

【0031】本発明の第12の態様は、第11の態様に
おいて、前記振動板が少なくとも前記脆性材料膜を含む
と共に当該脆性材料膜が酸化ジルコニウムからなり、前
記中立面が前記脆性材料膜中に位置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 twelfth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, the diaphragm includes at least the brittle material film, the brittle material film is made of zirconium oxide, and the neutral plane is formed in the brittle material film. The ink jet recording head is characterized in that

【0032】かかる第12の態様では、中立面が位置す
る脆性材料膜を特定の材料で形成することにより、変位
時の応力による破壊が確実に抑えられる。
In the twelfth aspect, by forming the brittle material film on which the neutral plane is located from a specific material, destruction due to stress at the time of displacement can be reliably suppressed.

【0033】本発明の第11の態様は、第9の態様にお
いて、前記振動板が少なくとも前記金属酸化膜を含むと
共に当該金属酸化膜が酸化シリコンからなり、前記中立
面が前記金属酸化膜中に位置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 an eleventh aspect of the present invention, in the ninth aspect, the vibration plate includes at least the metal oxide film, the metal oxide film is made of silicon oxide, and the neutral surface is formed in the metal oxide film. The ink jet recording head is characterized in that

【0034】かかる第11の態様では、中立面が位置す
る金属酸化膜を特定の材料で形成することにより、変位
時の応力が確実に抑えられる。
In the eleventh aspect, the stress at the time of displacement is reliably suppressed by forming the metal oxide film on which the neutral plane is located with a specific material.

【0035】本発明の第12の態様は、第1〜11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 a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the pressure generation chamber is formed by anisotropic etching on a silicon single crystal substrate, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation and etching. An ink jet recording head is formed by a lithography method.

【0036】かかる第12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 twelfth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0037】本発明の第13の態様は、第1〜12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 thirteenth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus including the ink jet recording head according to any one of the first to twelfth aspects.

【0038】かかる第13の態様では、ヘッドの信頼性
を向上したインクジェット式記録装置を実現することが
できる。
According to the thirteenth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus with improved head reliability.

【0039】[0039]

【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.

【0040】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図2は、平面図及びその1つの圧力発生室の長
手方向における断面構造を示す図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross section of one of the pressure generating chambers in the longitudinal direction. It is a figure showing a structure.

【0041】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 silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, usually 150 to 3
A thickness of about 00 μm is used.
Those having a thickness of about 0 to 280 μm, more preferably about 220 μm are suitable. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.

【0042】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 an elastic film 50 having a thickness of 1 to 2 μm and made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation.

【0043】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 silicon single crystal substrate is anisotropically etched on the opening surface of the flow path forming substrate
A nozzle opening 11 and a pressure generating chamber 12 are formed.

【0044】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面
と、この第1の(111)面と約70度の角度をなし且
つ上記(110)面と約35度の角度をなす第2の(1
11)面とが出現し、(110)面のエッチングレート
と比較して(111)面のエッチングレートが約1/1
80であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第1の(11
1)面と斜めの二つの第2の(111)面とで形成され
る平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行う
ことができ、圧力発生室12を高密度に配列することが
できる。
Here, in the anisotropic etching, when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the substrate is gradually eroded, and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is formed. A second (1) which forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane.
11) plane, and the etching rate of the (111) plane is about 1/1 compared to the etching rate of the (110) plane.
This is performed using the property of being 80.
By such anisotropic etching, two first (11
Precision processing can be performed based on depth processing of a parallelogram formed by the 1) plane and two oblique second (111) planes, and the pressure generating chambers 12 can be arranged at high density. it can.

【0045】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.

【0046】一方、各圧力発生室12の一端に連通する
各ノズル開口11は、圧力発生室12より幅狭で且つ浅
く形成されている。すなわち、ノズル開口11は、シリ
コン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング(ハー
フエッチング)することにより形成されている。なお、
ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行わ
れる。
On the other hand, each nozzle opening 11 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is formed narrower and shallower than the pressure generating chamber 12. That is, the nozzle opening 11 is formed by partially etching (half-etching) the silicon single crystal substrate in the thickness direction. In addition,
Half etching is performed by adjusting the etching time.

【0047】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.

【0048】また、各圧力発生室12と後述する共通イ
ンク室31とは、後述する封止板20の各圧力発生室1
2の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク
供給連通口21を介して連通されており、インクはこの
インク供給連通口21を介して共通インク室31から供
給され、各圧力発生室12に分配される。
Further, each pressure generating chamber 12 and a common ink chamber 31 described later are connected to each pressure generating chamber 1 of the sealing plate 20 described later.
The ink is supplied from a common ink chamber 31 through the ink supply communication port 21 formed at a position corresponding to one end of the pressure generation chamber 12. Distributed to

【0049】封止板20は、前述の各圧力発生室12に
対応したインク供給連通口21が穿設された、厚さが例
えば、0.1〜1mmで、線膨張係数が300℃以下
で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラ
スセラミックスからなる。なお、インク供給連通口21
は、図3(a),(b)に示すように、各圧力発生室1
2のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット
孔21Aでも、あるいは複数のスリット孔21Bであっ
てもよい。封止板20は、一方の面で流路形成基板10
の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外
力から保護する補強板の役目も果たす。また、封止板2
0は、他面で共通インク室31の一壁面を構成する。
The sealing plate 20 is provided with an ink supply communication port 21 corresponding to each of the pressure generating chambers 12 and has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a 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.

【0050】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.

【0051】インク室側板40は、ステンレス基板から
なり、一方の面で共通インク室31の一壁面を構成する
ものである。また、インク室側板40には、他方の面の
一部にハーフエッチングにより凹部40aを形成するこ
とにより薄肉壁41が形成され、さらに、外部からのイ
ンク供給を受けるインク導入口42が打抜き形成されて
いる。なお、薄肉壁41は、インク滴吐出の際に発生す
るノズル開口11と反対側へ向かう圧力を吸収するため
のもので、他の圧力発生室12に、共通インク室31を
経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
本実施形態では、インク導入口42と外部のインク供給
手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側
板40を0.2mmとし、その一部を厚さ0.02mm
の薄肉壁41としているが、ハーフエッチングによる薄
肉壁41の形成を省略するために、インク室側板40の
厚さを初めから0.02mmとしてもよい。
The ink chamber side plate 40 is made of a stainless steel substrate, and one surface of the ink chamber side plate 40 constitutes one wall of the common ink chamber 31. In the ink chamber side plate 40, a thin wall 41 is formed by forming a concave portion 40a by half etching on a part of the other surface, and an ink introduction port 42 for receiving ink supply from the outside is punched and formed. ing. The thin wall 41 is for absorbing pressure generated at the time of ink droplet ejection toward the side opposite to the nozzle opening 11, and is unnecessary for the other pressure generating chambers 12 via the common ink chamber 31. Prevents positive or negative pressure from being applied.
In the present embodiment, the ink chamber side plate 40 is made 0.2 mm in consideration of rigidity required at the time of connection between the ink introduction port 42 and an external ink supply means, and a part of the thickness is 0.02 mm.
The thickness of the ink chamber side plate 40 may be 0.02 mm from the beginning in order to omit the formation of the thin wall 41 by half etching.

【0052】一方、流路形成基板10の開口面とは反対
側の弾性膜50上には、厚さが、例えば、約0.1〜2
μmの絶縁体膜55が形成され、さらに、この絶縁体膜
55上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜6
0と、厚さが例えば、約1μmの圧電体膜70と、厚さ
が例えば、約0.1μmの上電極膜80とが、後述する
プロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成して
いる。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電
体膜70及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的に
は、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極と
し、他方の電極及び圧電体膜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。また、
ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動
により変位が生じる振動板とを合わせて、圧電アクチュ
エータと称する。なお、上述した例では、弾性膜50、
絶縁体膜55及び下電極膜60が振動板として作用す
る。
On the other hand, the thickness of the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 is, for example, about 0.1 to 2
An insulating film 55 having a thickness of, for example, about 0.2 μm is formed on the insulating film 55.
0, 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 described later to form the piezoelectric element 300. I have. 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 of the pressure generating chambers 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. Also,
Here, the piezoelectric element 300 and a vibration plate whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator. In the example described above, the elastic film 50,
The insulator film 55 and the lower electrode film 60 function as a diaphragm.

【0053】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.

【0054】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.

【0055】次に、図4(b)に示すように、弾性膜5
0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70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。
Next, as shown in FIG.
On insulator 0, an insulator film 55 is formed. This insulator film 55
Is preferably formed of a material having good adhesion to the piezoelectric film 70, for example, an oxide or nitride of at least one element selected from the constituent elements of the piezoelectric film 70.
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.

【0056】次に、図4(c)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成する。下電極膜60の材料
としては、白金等が好適である。これは、スパッタリン
グやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜70は、成
膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜100
0℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるから
である。すなわち、下電極膜60の材料は、このような
高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければなら
ず、殊に、圧電体膜70としてチタン酸ジルコン酸塩
(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. 4C, 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 to be described later, which is formed by sputtering or a sol-gel method, has a thickness of 600 to 100 in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation.
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 0 ° C. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity under such high temperature and oxidizing atmosphere. In particular, when the piezoelectric film 70 is made of 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.

【0057】次に、図4(d)に示すように、圧電体膜
70を成膜する。本実施形態では、金属有機物を溶媒に
溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、
さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体
膜70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成し
た。圧電体膜70の材料としては、PZT系の材料がイ
ンクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適であ
る。なお、この圧電体膜70の成膜方法は、特に限定さ
れず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 4D, a piezoelectric film 70 is formed. In this embodiment, a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, and gelled,
Further, the film was formed using a so-called sol-gel method in which a piezoelectric film 70 made of a metal oxide was obtained by firing at a high temperature. As a material of the piezoelectric film 70, a PZT-based material is suitable when used in an ink jet recording head. The method for forming the piezoelectric film 70 is not particularly limited, and may be, for example, a sputtering method.

【0058】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりPZTの前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液
中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用い
てもよい。
Further, a method of forming a PZT precursor film by a sol-gel method or a sputtering method and then growing the crystal at a low temperature by a high-pressure treatment in an aqueous alkali solution may be used.

【0059】次に、図4(e)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. 4E, 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.

【0060】次に、図5に示すように、下電極膜60、
圧電体膜70及び上電極膜80をパターニングする。
Next, as shown in FIG.
The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned.

【0061】まず、図5(a)に示すように、下電極膜
60、圧電体膜70及び上電極膜80を一緒にエッチン
グして下電極膜60の全体パターンをパターニングす
る。次いで、図5(b)に示すように、圧電体膜70及
び上電極膜80のみをエッチングして圧電体能動部32
0のパターニングを行う。
First, as shown in FIG. 5A, the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched together to pattern the entire pattern of the lower electrode film 60. Next, as shown in FIG. 5B, only the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched to form the piezoelectric active portion 32.
0 patterning is performed.

【0062】以上説明したように、下電極膜60の全体
のパターンを形成後、圧電体能動部320をパターニン
グすることによりパターニングが完了する。
As described above, after the entire pattern of the lower electrode film 60 is formed, the patterning is completed by patterning the piezoelectric active portion 320.

【0063】以上のように、下電極膜60等をパターニ
ングした後には、好ましくは、各上電極膜80の上面の
少なくとも周縁及び圧電体膜70の側面を覆うように電
気絶縁性を備えた層間絶縁膜90を形成する(図1参
照)。
As described above, after patterning the lower electrode film 60 and the like, preferably, an interlayer having electrical insulation is preferably provided so as to cover at least the periphery of the upper surface of each upper electrode film 80 and the side surfaces of the piezoelectric film 70. An insulating film 90 is formed (see FIG. 1).

【0064】このような絶縁体層の形成プロセスを図6
に示す。
FIG. 6 shows a process of forming such an insulator layer.
Shown in

【0065】まず、図6(a)に示すように、上電極膜
80の周縁部及び圧電体膜70の側面を覆うように層間
絶縁膜90を形成する。この層間絶縁膜90の材料は、
本実施形態ではネガ型の感光性ポリイミドを用いてい
る。
First, as shown in FIG. 6A, an interlayer insulating film 90 is formed so as to cover the periphery of the upper electrode film 80 and the side surfaces of the piezoelectric film 70. The material of the interlayer insulating film 90 is
In this embodiment, a negative photosensitive polyimide is used.

【0066】次に、図6(b)に示すように、層間絶縁
膜90をパターニングすることにより、各圧力発生室1
2のインク供給側の端部近傍に対応する部分にコンタク
トホール90aを形成する。このコンタクトホール90
aは、リード電極100と上電極膜80とを接続するた
めのものである。リード電極100は、コンタクトホー
ル90aを介して各上電極膜80に一端が接続し、また
他端が接続端子部に延設されている。また、リード電極
100は、駆動信号を上電極膜80に確実に供給できる
程度に可及的に狭い幅となるように形成されている。な
お、本実施形態では、コンタクトホール90aは、圧力
発生室12に対向する位置に設けられているが、例え
ば、圧電体膜70及び上電極膜80を圧力発生室12の
周壁上まで延設して、この周壁に対向する位置にコンタ
クトホール90aを設けるようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 6B, each pressure generating chamber 1 is patterned by patterning the interlayer insulating film 90.
A contact hole 90a is formed in a portion corresponding to the vicinity of the end on the ink supply side of No. 2. This contact hole 90
“a” is for connecting the lead electrode 100 and the upper electrode film 80. One end of the lead electrode 100 is connected to each upper electrode film 80 via the contact hole 90a, and the other end is extended to the connection terminal portion. The lead electrode 100 is formed so as to have a width as narrow as possible so that a drive signal can be reliably supplied to the upper electrode film 80. In the present embodiment, the contact hole 90 a is provided at a position facing the pressure generating chamber 12, but, for example, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are extended to the peripheral wall of the pressure generating chamber 12. Thus, a contact hole 90a may be provided at a position facing the peripheral wall.

【0067】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6(c)に示すように、前述
したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エ
ッチングを行い、圧力発生室12等を形成する。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 6C, 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.

【0068】なお、圧電体能動部320を駆動するため
の配線の構成等は、特に限定されない。すなわち、上述
した例では下電極膜60を全面に亘って形成するように
し、圧電体膜70及び上電極膜80を圧力発生室12に
対向する領域内にパターニングするようにしたが、圧電
体膜70及び上電極膜80を、例えば、圧力発生室12
の端部から外まで引き出すようにしてコンタクトホール
を廃止してもよい。また、下電極膜60を圧力発生室1
2に対向する領域内にパターニングすることもでき、こ
のような配線の構成は全く自由である。
The configuration of the wiring for driving the piezoelectric active section 320 is not particularly limited. That is, in the above-described example, the lower electrode film 60 is formed over the entire surface, and the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned in a region facing the pressure generating chamber 12. 70 and the upper electrode film 80, for example,
The contact hole may be omitted by drawing out from the end of the contact hole. Further, the lower electrode film 60 is connected to the pressure generating chamber 1.
Patterning can also be performed in the region facing 2 and the configuration of such a wiring is completely free.

【0069】また、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 above-described series of film formation and anisotropic etching, a number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after the process is completed, a flow path having one chip size as shown in FIG. It is divided for each forming substrate 10. 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.

【0070】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、リー
ド電極100を介して下電極膜60と上電極膜80との
間に電圧を印加し、弾性膜50、絶縁体膜55、下電極
膜60及び圧電体膜70をたわみ変形させることによ
り、圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口11か
らインク滴が吐出する。
The ink jet head thus configured takes in ink from an ink inlet 42 connected to an external ink supply means (not shown), fills the interior from the common ink chamber 31 to the nozzle opening 11 with ink, and
According to a recording signal from an external drive circuit (not shown), a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 via the lead electrode 100, and the elastic film 50, the insulator film 55, the lower electrode film 60, By flexing and deforming the piezoelectric film 70, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 11.

【0071】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図を図7に示
す。
FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view showing a main part of such an ink jet recording head of this embodiment.

【0072】図7(a)及び図7(a)のB−B’断面
図である図7(b)に示すように、下電極膜60、圧電
体膜70および上電極膜80からなる圧電素子300
は、本実施形態では、圧力発生室12に対向する領域内
に設けられて圧電体能動部320となっている。また、
圧電体能動部320の長手方向端部近傍には、圧電体能
動部320上に設けられている層間絶縁膜90のコンタ
クトホール90aを介して上電極膜80とリード電極1
00とが接続されている。
As shown in FIG. 7 (a) and FIG. 7 (b), which is a cross-sectional view taken along the line BB 'of FIG. 7 (a), a piezoelectric film comprising a lower electrode film 60, a piezoelectric film 70, and an upper electrode film 80. Element 300
In the present embodiment, the piezoelectric active portion 320 is provided in a region facing the pressure generating chamber 12. Also,
The upper electrode film 80 and the lead electrode 1 are disposed in the vicinity of the longitudinal end of the piezoelectric active portion 320 through the contact hole 90a of the interlayer insulating film 90 provided on the piezoelectric active portion 320.
00 is connected.

【0073】また、本実施形態では、上述のように、こ
の圧電体能動部320の一方の電極である下電極膜60
と弾性膜50との間には、酸化ジルコニウムからなる絶
縁体膜55が全面に亘って形成されており、これら弾性
膜50、絶縁体膜55及び下電極膜60が振動板として
作用している。そして、この振動板の厚さを圧電体能動
部の320を構成する圧電体膜70及び上電極膜80の
厚さよりも厚くなるように形成し、圧電体能動部320
を駆動する際に、中立面が振動板内に位置するようにし
た。すなわち、例えば、本実施形態では、図中に点線で
示すように、圧電体能動部320を駆動する際に、中立
面y0が絶縁体膜55内にあるように振動板を構成する
各層の厚さを調整した。
In the present embodiment, as described above, the lower electrode film 60 which is one electrode of the piezoelectric active portion 320 is used.
An insulator film 55 made of zirconium oxide is formed over the entire surface between the elastic film 50 and the elastic film 50, and the elastic film 50, the insulator film 55, and the lower electrode film 60 function as a diaphragm. . Then, the thickness of the vibration plate is formed so as to be larger than the thicknesses of the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 constituting the piezoelectric active portion 320, and the piezoelectric active portion 320 is formed.
When driving the diaphragm, the neutral plane is located in the diaphragm. That is, for example, in the present embodiment, as shown by a dotted line in the figure, when driving the piezoelectric active portion 320, each layer constituting the diaphragm so that the neutral plane y 0 is in the insulator film 55. Was adjusted in thickness.

【0074】ここで、振動板(下電極膜60)と圧電体
膜70との境界面を基準とすると、中立面y0は下記式
(1)で表される。
Here, the neutral plane y 0 is expressed by the following equation (1) with reference to the boundary between the diaphragm (lower electrode film 60) and the piezoelectric film 70.

【0075】[0075]

【数1】 (Equation 1)

【0076】Ef:圧電体膜及び上電極膜のヤング率
s:振動板のヤング率 νf:圧電体膜及び上電極膜のポアソン比 νs:振動板
のポアソン比 d :圧電体膜及び上電極膜の膜厚 D :振動
板の膜厚
E f : Young's modulus of piezoelectric film and upper electrode film
E s : Young's modulus of diaphragm ν f : Poisson's ratio of piezoelectric film and upper electrode film ν s : Poisson's ratio of diaphragm d: Film thickness of piezoelectric film and upper electrode film D: Film thickness of diaphragm

【0077】この式から、各層のヤング率及びポアソン
比等の特性に応じて各層の厚さを、y0<0の関係が成
り立つように決定すれば、中立面は振動板内に位置する
ことになる。また、振動板及び圧電体膜のヤング率、ポ
アソン比は、0.2〜0.3程度であり、分母は常に正
の値となるため、圧電素子及び振動板の各層の特性に応
じて、それぞれの厚さを下記式(2)の関係を満たす値
とすれば、中立面を振動板内とすることができる。
From this equation, if the thickness of each layer is determined according to characteristics such as Young's modulus and Poisson's ratio of each layer so that the relationship of y 0 <0 is satisfied, the neutral plane is located in the diaphragm. Will be. Further, the Young's modulus and Poisson's ratio of the diaphragm and the piezoelectric film are about 0.2 to 0.3, and the denominator is always a positive value. Therefore, according to the characteristics of each layer of the piezoelectric element and the diaphragm, If each thickness is set to a value that satisfies the relationship of the following equation (2), the neutral plane can be inside the diaphragm.

【0078】[0078]

【数2】 (Equation 2)

【0079】すなわち、振動板のヤング率と膜厚の二乗
の積が、上電極膜80及び圧電体膜70のヤング率と膜
厚の二乗の積より大きくなるように、各層の厚さを決定
すればよい。この振動板のヤング率と膜厚の二乗の積
は、特に、上電極膜80及び圧電体膜70のヤング率と
膜厚の二乗との積の1〜50倍となるようにするのが好
ましい。これにより、圧電素子の駆動による振動板の変
形効率が向上される。
That is, the thickness of each layer is determined so that the product of the Young's modulus of the diaphragm and the square of the film thickness is larger than the product of the Young's modulus of the upper electrode film 80 and the piezoelectric film 70 and the square of the film thickness. do it. The product of the Young's modulus of the diaphragm and the square of the film thickness is preferably 1 to 50 times the product of the Young's modulus of the upper electrode film 80 and the piezoelectric film 70 and the square of the film thickness. . Thereby, the deformation efficiency of the diaphragm by driving the piezoelectric element is improved.

【0080】なお、圧電体膜70に電圧を印加して変形
させると、この変形に伴って圧電体膜70が硬くなり、
見かけ上ヤング率が大きくなるが、このときにも上記式
2の関係を満たすように、各層の特性に応じて各層の厚
さを決定しておくことが好ましい。
When the piezoelectric film 70 is deformed by applying a voltage, the piezoelectric film 70 becomes harder with this deformation,
Although the apparent Young's modulus becomes large, it is preferable to determine the thickness of each layer according to the characteristics of each layer so as to satisfy the relationship of the above expression 2 also at this time.

【0081】また、本実施形態では、振動板を構成する
各層の厚さを調整して、中立面が振動板内に位置するよ
うにしたが、その方法は特に限定されず、例えば、圧電
体膜まで形成した状態で、各層の物性及び膜厚等に合わ
せて上電極膜80の膜厚を決定して形成するようにして
もよい。これにより、中立面を容易且つ確実に振動板内
とすることができる。また、このとき酸化ジルコニウム
からなる絶縁体膜55を比較的厚く或いは硬く形成して
おけば、上電極膜80の膜厚の調整がより容易となる。
In the present embodiment, the thickness of each layer constituting the diaphragm is adjusted so that the neutral plane is located in the diaphragm. However, the method is not particularly limited. With the body film formed, the film thickness of the upper electrode film 80 may be determined in accordance with the physical properties, film thickness, etc. of each layer. Thus, the neutral surface can be easily and reliably set in the diaphragm. At this time, if the insulator film 55 made of zirconium oxide is formed relatively thick or hard, the thickness of the upper electrode film 80 can be easily adjusted.

【0082】なお、絶縁体膜55を硬く又はその膜厚を
厚くした場合でも、実際に使用する程度の範囲では、圧
電素子の駆動による振動板の変形に大きく影響すること
はない。また、振動板の膜厚を大きくすることにより、
振動板の剛性が高まって変位量が小さくなってしまう場
合には、圧力発生室12の幅を増大させて対応すること
もできる。
Even if the insulator film 55 is made hard or its thickness is increased, it does not significantly affect the deformation of the diaphragm due to the driving of the piezoelectric element within the range of actual use. Also, by increasing the thickness of the diaphragm,
When the rigidity of the diaphragm increases and the amount of displacement decreases, the width of the pressure generating chamber 12 can be increased to cope with the problem.

【0083】さらに、圧電体膜70の断面形状を適切に
設置することにより中立面を振動板内に収めることも可
能である。すなわち、本願発明の主旨の範囲内で各膜の
物性値、膜厚又は断面形状を設定し、結果、圧電体能動
部の駆動による中立面が振動板内にあることは本願発明
の権利範囲となる。
Further, by appropriately setting the cross-sectional shape of the piezoelectric film 70, the neutral plane can be accommodated in the diaphragm. That is, the physical property value, the film thickness, or the cross-sectional shape of each film is set within the scope of the invention of the present application. As a result, it is within the scope of the present invention that the neutral plane is driven by the driving of the piezoelectric active part in the diaphragm. Becomes

【0084】また、圧電体膜70の表面に形成される少
なくとも何れか一方の電極、例えば、下電極膜60は、
圧電体膜70の応力よりも大きい引張り応力を有するこ
とが好ましく、特に圧電体膜70が引張り応力を有する
場合には、下電極膜60の引張り応力が、それぞれ圧電
体膜70の引張り応力の1〜3倍であることが好まし
い。また、上電極膜80も同様に、圧電体膜70の応力
よりも大きい引張り応力を有することが好ましく、特に
圧電体膜70が引張り応力を有する場合には、上電極膜
80の引張り応力が、それぞれ圧電体膜70の引張り応
力の1〜3倍であることが好ましい。これにより、圧電
体膜70の変形の阻害を防止でき、結果的に圧電体膜7
0の変位効率を向上することができる。
Also, at least one of the electrodes formed on the surface of the piezoelectric film 70, for example, the lower electrode film 60 is
It is preferable that the piezoelectric film 70 has a tensile stress larger than the stress of the piezoelectric film 70. In particular, when the piezoelectric film 70 has a tensile stress, the tensile stress of the lower electrode film 60 is one of the tensile stress of the piezoelectric film 70. It is preferably up to 3 times. Similarly, it is preferable that the upper electrode film 80 also has a tensile stress larger than the stress of the piezoelectric film 70, and in particular, when the piezoelectric film 70 has a tensile stress, the tensile stress of the upper electrode film 80 is The tensile stress is preferably 1 to 3 times the tensile stress of the piezoelectric film 70, respectively. This can prevent the deformation of the piezoelectric film 70 from being hindered, and as a result, the piezoelectric film 7
The displacement efficiency of 0 can be improved.

【0085】このような構成のインクジェット式記録ヘ
ッドの圧電体能動部320に電圧を印加して駆動する
と、中立面y0を境界として、振動板及び圧電体能動部
320の各層の上電極膜80側には圧縮応力がかかり、
一方、弾性膜50側には引っ張り応力がかかる。したが
って、本実施形態のように中立面y0が振動板内にある
ようにすれば、圧電体能動部320の駆動の際、圧電体
膜70には圧縮応力のみがかかり、圧電体膜70自体の
変位力をインクの吐出力に充分に変換することができ、
駆動電圧を低下させることができる。
When a voltage is applied to the piezoelectric active portion 320 of the ink jet type recording head having such a configuration and the piezoelectric active portion 320 is driven, the upper electrode film of each layer of the diaphragm and the piezoelectric active portion 320 is bounded by the neutral plane y 0. Compressive stress is applied to the 80 side,
On the other hand, a tensile stress is applied to the elastic film 50 side. Therefore, if the neutral plane y 0 is located in the diaphragm as in the present embodiment, only the compressive stress is applied to the piezoelectric film 70 when the piezoelectric active portion 320 is driven, and the piezoelectric film 70 It can sufficiently convert its own displacement force into ink ejection force,
The driving voltage can be reduced.

【0086】また、本実施形態では、特に、中立面y0
を脆性材料からなる絶縁体膜55内にあるようにした、
すなわち、最も応力集中の少ないところに脆性材料から
なる絶縁体膜55が位置するようにしたので、圧電体能
動部320の駆動の際、振動板にかかる応力が抑えら
れ、振動板の破壊、劣化等も防止することができる。
Further, in the present embodiment, particularly, the neutral plane y 0
In the insulator film 55 made of a brittle material.
That is, since the insulating film 55 made of a brittle material is located at the place where the stress concentration is least, the stress applied to the diaphragm when the piezoelectric active part 320 is driven is suppressed, and the destruction and deterioration of the diaphragm are performed. Etc. can also be prevented.

【0087】もちろん、本願発明は本実施例に限定され
ず、例えば、振動板を下電極膜60のみで構成すること
も可能である。この場合、下電極膜60を白金等の延性
材料で形成することにより、振動板を引張り応力に適し
たものとすることができる。
Of course, the present invention is not limited to the present embodiment. For example, the diaphragm can be constituted only by the lower electrode film 60. In this case, the diaphragm can be made suitable for tensile stress by forming the lower electrode film 60 with a ductile material such as platinum.

【0088】一方、従来のように中立面が圧電体膜70
内にある場合には、図8に示すように、中立面y0より
も上電極膜80側の圧電体膜70aには圧縮応力がかか
るものの、弾性膜50側の圧電体膜70bには引っ張り
応力がかかってしまう。そのため、圧電体膜70自体の
変位力をインクの吐出力に充分に変換することができ
ず、変位の効率が低下してしまう。
On the other hand, as in the prior art, the neutral surface is
8, the compressive stress is applied to the piezoelectric film 70a on the upper electrode film 80 side from the neutral plane y 0 , but the piezoelectric film 70b on the elastic film 50 side is applied to the piezoelectric film 70b as shown in FIG. A tensile stress is applied. Therefore, the displacement force of the piezoelectric film 70 itself cannot be sufficiently converted into the ink ejection force, and the displacement efficiency is reduced.

【0089】ここで、上述のような本実施形態のインク
ジェット式記録ヘッドの具体例を示す。
Here, a specific example of the ink jet recording head of the present embodiment as described above will be described.

【0090】(実施例及び試験例)本実施例では、上記
式2の関係を満たすように、振動板及び圧電素子の各層
を下記表1に示す物性及び膜厚で形成して、中立面y0
が振動板内に位置するインクジェット式記録ヘッドを形
成した。
(Examples and Test Examples) In this example, each layer of the vibration plate and the piezoelectric element was formed with the physical properties and film thickness shown in Table 1 below so as to satisfy the relationship of the above equation 2, and the neutral plane was formed. y 0
Formed an ink jet recording head located in the diaphragm.

【0091】また、比較例として、振動板及び圧電素子
の各層を下記表1に示す物性及び膜厚とすると共に他の
条件を実施例と同一として中立面y0を振動板の外側に
位置するようにしたインクジェット式記録ヘッドを形成
した。
As a comparative example, each layer of the diaphragm and the piezoelectric element was made to have the physical properties and thickness shown in Table 1 below, and the other conditions were the same as in the example, and the neutral plane y 0 was positioned outside the diaphragm. Thus, an ink jet recording head was prepared.

【0092】[0092]

【表1】 [Table 1]

【0093】[0093]

【数3】 (Equation 3)

【0094】また、これら実施例及び各比較例のインク
ジェット式記録ヘッドにおいて、圧電素子に25Vの電
圧を印加して駆動した際の振動板の変形量及び変形効率
(電圧25V印加時の単位当たりの変位エネルギー)を
測定した。なお、比較例1は、歪み、ヤング率を一定と
し膜厚を変化させた例であり、比較例2は、膜厚、歪み
を一定としヤング率を変化させた例である。その結果を
表2に示す。
Further, in the ink jet recording heads of these Examples and Comparative Examples, the amount of deformation and the deformation efficiency of the diaphragm when the piezoelectric element was driven by applying a voltage of 25 V (per unit when a voltage of 25 V was applied). Displacement energy) was measured. Note that Comparative Example 1 is an example in which the film thickness is changed while keeping the strain and Young's modulus constant, and Comparative Example 2 is an example in which the film thickness and the strain are kept constant and the Young's modulus is changed. Table 2 shows the results.

【0095】[0095]

【表2】 [Table 2]

【0096】表2からも明らかなように、中立面が振動
板内に位置するようにした実施例では、比較例に比べて
変位量及び変位エネルギーが著しく向上していることが
分かる。すなわち、中立面が振動板内に位置するように
すれば、圧電素子の駆動による振動板の変位効率を著し
く向上することができる。
As is clear from Table 2, in the example in which the neutral plane is located in the diaphragm, the displacement amount and the displacement energy are remarkably improved as compared with the comparative example. That is, if the neutral surface is located in the diaphragm, the displacement efficiency of the diaphragm by driving the piezoelectric element can be significantly improved.

【0097】(他の実施形態)以上、本発明の実施形態
を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構
成は上述したものに限定されるものではない。
(Other Embodiments) The embodiments of the present invention have been described above, but the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to the above.

【0098】例えば、上述の実施形態では、中立面が振
動板の絶縁体膜55内にあるようにしたが、これに限定
されず、例えば、図9に示すように、振動板の各層の厚
さを調整して、図中点線で示すように、中立面y0が弾
性膜50内にあるようにしてもよい。また、勿論、中立
面y0が下電極膜60内にあるようにしてもよい。何れ
にしても、中立面y0が振動板内にあるようにすれば、
上述の実施形態と同様に、変位効率を向上することがで
きる。
For example, in the above-described embodiment, the neutral surface is located within the insulator film 55 of the diaphragm. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. The thickness may be adjusted so that the neutral plane y 0 is in the elastic film 50 as shown by a dotted line in the figure. Further, needless to say, the neutral plane y 0 may be provided in the lower electrode film 60. In any case, if the neutral plane y 0 is located in the diaphragm,
As in the above embodiment, the displacement efficiency can be improved.

【0099】また、例えば、上述した封止板20の他、
共通インク室形成基板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 substrate 30 may be made of glass ceramic, and further, the thin film 41 may be made of glass ceramic as a separate member, and the material, structure, and the like can be freely changed.

【0100】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 face of the flow path forming substrate 10. However, the nozzle openings may be formed to project in a direction perpendicular to the surface.

【0101】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図10、その流路の断面を図11にぞれぞれ示す。こ
の実施形態では、ノズル開口11が圧電素子とは反対の
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20,共通インク室形成基板30及び薄肉板41A及
びインク室側板40Aを貫通するように配されている。
FIG. 10 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG. 11 is a cross-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 that connects 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 formation substrate 30, the thin plate 41A, and the ink chamber side plate 40A.

【0102】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1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 first embodiment except that the ink chamber side plate 40A and the ink chamber side plate 40A are formed as separate members, and the opening is formed in the ink chamber side plate 40A. Description is omitted.

【0103】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.

【0104】また、以上説明した各実施形態は、成膜及
びリソグラフィプロセスを応用することにより製造でき
る薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、
勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積
層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシ
ートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を
形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成する
もの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本
発明を採用することができる。
In each of the embodiments described above, a thin-film type ink jet recording head which can be manufactured by applying a film forming and lithography process is described as an example.
Of course, the present invention is not limited to this. For example, a piezoelectric film is formed by laminating substrates to form a pressure generating chamber, or a piezoelectric film is formed by attaching a green sheet or by screen printing, or a piezoelectric film formed by crystal growth. The present invention can be applied to ink jet recording heads having various structures, such as those that form a recording medium.

【0105】また、圧電素子とリード電極との間に層間
絶縁膜を設けた例を説明したが、これに限定されず、例
えば、層間絶縁膜を設けないで、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, an example in which an interlayer insulating film is provided between the piezoelectric element and the lead electrode has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, an anisotropic conductive film may be provided on each upper electrode without providing an interlayer insulating film. The film may be thermally welded, and the anisotropic conductive film may be connected to a lead electrode, or may be connected using various bonding techniques such as wire bonding.

【0106】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 it does not violate the gist of the present invention.

【0107】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図12
は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図
である。
The ink jet recording head of each of these embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge 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.

【0108】図12に示すように、インクジェット式記
録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、
インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが
着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び
1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付け
られたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。
As shown in FIG. 12, recording head units 1A and 1B having an ink jet recording head are
Cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided. A carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. I have. The recording head units 1A and 1B are, for example,
Each of them ejects a black ink composition and a color ink composition.

【0109】そして、駆動モータ6の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリ
ッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及
び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿っ
て移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に
沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ロ
ーラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シ
ートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるように
なっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, a platen 8 is provided on the apparatus main body 4 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

【0110】[0110]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電素子の駆動時に中立面が圧電体膜内にないようにした
ので、圧電体膜の変位効率を向上させることができ、そ
の結果インクの吐出効率を向上することができる。した
がって、圧電素子の駆動電圧も低減させることができ
る。また特に、圧電素子の駆動時の中立面を脆性材料内
にあるようにすれば、圧電素子の駆動による脆性材料の
破壊及び劣化を防止することができる。
As described above, according to the present invention, when the piezoelectric element is driven, the neutral plane is not in the piezoelectric film, so that the displacement efficiency of the piezoelectric film can be improved. As a result, the ejection efficiency of the ink can be improved. Therefore, the driving voltage of the piezoelectric element can be reduced. In particular, when the neutral surface of the piezoelectric element during driving is in the brittle material, breakage and deterioration of the brittle material due to driving of the piezoelectric element can be prevented.

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

【図1】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to an 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の薄膜製造工程を示す断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a thin-film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及び断面図である。
FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view of the inkjet recording head according to the first embodiment of the invention.

【図8】従来技術に係る圧電体能動部の駆動による中立
面を説明する断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a neutral surface driven by driving a piezoelectric active portion according to a conventional technique.

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

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

【図11】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドを示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図12】本発明の一実施形態に係るインクジェット式
記録装置の概略図である。
FIG. 12 is a schematic view of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 12 圧力発生室 50 弾性膜 55 絶縁体膜 60 下電極膜 70 圧電体膜 80 上電極膜 90 層間絶縁膜 100 リード電極 300 圧電素子 320 圧電体能動部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 12 pressure generating chamber 50 elastic film 55 insulating film 60 lower electrode film 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 90 interlayer insulating film 100 lead electrode 300 piezoelectric element 320 piezoelectric active part

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年4月18日(2000.4.1
8)
[Submission date] April 18, 2000 (2004.1.
8)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0033[Correction target item name] 0033

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0033】本発明の第13の態様は、第11の態様に
おいて、前記振動板が少なくとも前記金属酸化膜を含む
と共に当該金属酸化膜が酸化シリコンからなり、前記中
立面が前記金属酸化膜中に位置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 thirteenth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, the vibration plate includes at least the metal oxide film, the metal oxide film is made of silicon oxide, and the neutral surface is formed in the metal oxide film. The ink jet recording head is characterized in that

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0034[Correction target item name] 0034

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0034】かかる第13の態様では、中立面が位置す
る金属酸化膜を特定の材料で形成することにより、変位
時の応力が確実に抑えられる。
In the thirteenth aspect, the stress at the time of displacement is reliably suppressed by forming the metal oxide film on which the neutral plane is located with a specific material.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0035[Correction target item name] 0035

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0035】本発明の第14の態様は、第1〜13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 a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the first to thirteenth 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.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0036[Correction target item name] 0036

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0036】かかる第14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 fourteenth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0037[Correction target item name] 0037

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0037】本発明の第15の態様は、第1〜14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 fifteenth 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 fourteenth aspects.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0038[Correction target item name] 0038

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0038】かかる第15の態様では、ヘッドの信頼性
を向上したインクジェット式記録装置を実現することが
できる。
According to the fifteenth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus with improved head reliability.

Claims (15)

【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
を構成する振動板と、該振動板の少なくとも一部を構成
する下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを
備え且つ前記圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子
を構成する前記圧電体層の実質的な駆動部となる圧電体
能動部を具備するインクジェット式記録ヘッドにおい
て、 前記圧電体能動部の駆動による中立面が前記振動板内に
あることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
1. A diaphragm comprising a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and a piezoelectric element comprising at least a part of the diaphragm, a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode, and In an ink jet type recording head comprising a piezoelectric active part serving as a substantial driving part of the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element in a region facing the pressure generating chamber, a neutral state is obtained by driving the piezoelectric active part. An ink jet recording head having a surface in the diaphragm.
【請求項2】 請求項1において、前記振動板のヤング
率と膜厚の二乗との積が、前記上電極及び前記圧電体層
のヤング率と膜厚の二乗との積よりも大きいことを特徴
とするインクジェット式記録ヘッド。
2. The method according to claim 1, wherein the product of the Young's modulus of the diaphragm and the square of the film thickness is larger than the product of the Young's modulus of the upper electrode and the piezoelectric layer and the square of the film thickness. Characteristic inkjet recording head.
【請求項3】 請求項2において、前記振動板のヤング
率と膜厚の二乗との積が、前記上電極及び前記圧電体層
のヤング率と膜厚の二乗との積の1〜50倍であること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
3. The product according to claim 2, wherein the product of the Young's modulus of the diaphragm and the square of the film thickness is 1 to 50 times the product of the Young's modulus of the upper electrode and the piezoelectric layer and the square of the film thickness. An ink jet recording head, characterized in that:
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記下
電極が、前記圧電体層の応力よりも大きい引張り応力を
有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the lower electrode has a tensile stress greater than a stress of the piezoelectric layer.
【請求項5】 請求項4において、前記圧電体層が有す
る応力が引張り応力であり、前記下電極が前記圧電体層
の引張り応力の1〜3倍であることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 4, wherein the stress of the piezoelectric layer is a tensile stress, and the lower electrode is one to three times the tensile stress of the piezoelectric layer. .
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記上
電極が、前記圧電体層の応力よりも大きい引張り応力を
有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the upper electrode has a tensile stress greater than a stress of the piezoelectric layer.
【請求項7】 請求項6において、前記圧電体層が有す
る応力が引張り応力であり、前記上電極が前記圧電体層
の引張り応力の1〜3倍であることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。
7. The ink-jet recording head according to claim 6, wherein the stress of the piezoelectric layer is a tensile stress, and the upper electrode is one to three times the tensile stress of the piezoelectric layer. .
【請求項8】 請求項1〜7の何れかにおいて、少なく
とも前記圧電体能動部の前記圧電体層と前記上電極との
膜厚の和が、前記振動板の膜厚よりも薄いことを特徴と
するインクジェット式記録ヘッド。
8. The method according to claim 1, wherein at least the sum of the thicknesses of the piezoelectric layer and the upper electrode of the piezoelectric active portion is smaller than the thickness of the diaphragm. Inkjet recording head.
【請求項9】 請求項1〜8の何れかにおいて、前記振
動板が延性材料膜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 diaphragm is made of a ductile material film.
【請求項10】 請求項9において、前記振動板が前記
下電極のみ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。
10. An ink jet recording head according to claim 9, wherein said diaphragm comprises only said lower electrode.
【請求項11】 請求項1〜9の何れかにおいて、前記
振動板が少なくとも金属酸化膜又は脆性材料膜の何れか
を含み、前記圧電体能動部の駆動による中立面が当該金
属酸化膜又は脆性材料膜中に位置することを特徴とする
インクジェット式記録ヘッド。
11. The vibration plate according to claim 1, wherein the vibration plate includes at least one of a metal oxide film and a brittle material film, and a neutral surface formed by driving the piezoelectric active part is the metal oxide film or the brittle material film. An ink jet recording head which is located in a brittle material film.
【請求項12】 請求項11において、前記振動板が少
なくとも前記脆性材料膜を含むと共に当該脆性材料膜が
酸化ジルコニウムからなり、前記中立面が前記脆性材料
膜中に位置することを特徴とするインクジェット式記録
ヘッド。
12. The device according to claim 11, wherein the diaphragm includes at least the brittle material film, the brittle material film is made of zirconium oxide, and the neutral plane is located in the brittle material film. Ink jet recording head.
【請求項13】 請求項11において、前記振動板が少
なくとも前記金属酸化膜を含むと共に当該金属酸化膜が
酸化シリコンからなり、前記中立面が前記金属酸化膜中
に位置することを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
13. The method according to claim 11, wherein the diaphragm includes at least the metal oxide film, the metal oxide film is made of silicon oxide, and the neutral plane is located in the metal oxide film. Ink jet recording head.
【請求項14】 請求項1〜13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。
14. 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15】 請求項1〜14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。
15. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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