JP2001270125A - Ink-jet recording head and ink-jet recording device - Google Patents

Ink-jet recording head and ink-jet recording device

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JP2001270125A
JP2001270125A JP2000083799A JP2000083799A JP2001270125A JP 2001270125 A JP2001270125 A JP 2001270125A JP 2000083799 A JP2000083799 A JP 2000083799A JP 2000083799 A JP2000083799 A JP 2000083799A JP 2001270125 A JP2001270125 A JP 2001270125A
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ink jet
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink-jet recording head and an ink-jet recording device capable of preventing breakage of a channel forming substrate. SOLUTION: In an ink-jet recording head comprising a channel forming substrate 10 with a pressure generating chamber 12 communicating with a nozzle opening partitioned by a plurality of partition walls 11, and a piezoelectric element 300 disposed one on side surface side of the channel forming substrate 10 via a vibration plate, comprising a lower electrode 60, a piezoelectric layer 70 and an upper electrode 80, a driving circuit 110 for driving the piezoelectric element 300 is provided on the piezoelectric element 300 side of the channel forming substrate 10 as well as the piezoelectric element 300 and the driving circuit 110 are connected via a driving wiring 120 made of a bonding wire, with the connection part 90a of the piezoelectric element 300 and the driving wiring 120 disposed in a region facing the partition walls 11 for preventing breakage of the channel forming substrate 10 at the time of connecting the driving wiring 120.

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振動板を介
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 via a vibration plate, and the ink drop is discharged by displacement of the piezoelectric element. The present invention relates to an ink jet recording head 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、圧電素子が軸方向に伸長、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 put into practical use, one using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator in which a piezoelectric element expands and contracts in the axial direction, and the other using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. ing.

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

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

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

【0006】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能
になるという利点がある。
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.

【0007】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、何れにしても圧電素子を駆動するための半導
体集積回路(IC)等の駆動回路が必要であり、この駆
動回路はインクジェット式記録ヘッド近傍に搭載されて
いる。そして、圧電素子から流路形成基板上に延設され
た電極配線と駆動回路から延設された、例えば、ボンデ
ィングワイヤ等の外部配線とを接続することにより、こ
れら圧電素子と駆動回路とが電気的に接続されている。
In any case, such an ink jet recording head requires a driving circuit such as a semiconductor integrated circuit (IC) for driving the piezoelectric element, and this driving circuit is located near the ink jet recording head. It is installed. By connecting the electrode wiring extending from the piezoelectric element on the flow path forming substrate to an external wiring such as a bonding wire extending from the driving circuit, the piezoelectric element and the driving circuit are electrically connected. Connected.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、電極配線と外部配線との接続部の下側に
は、流路形成基板に形成されたインク流路が存在してい
る。そのため、ボンディングワイヤを接着する際に付加
をかけることにより、流路形成基板が割れてしまうとい
う問題がある。
However, in such a configuration, an ink flow path formed in the flow path forming substrate exists below the connection between the electrode wiring and the external wiring. Therefore, there is a problem that the flow path forming substrate is broken by adding the bonding wire when bonding.

【0009】本発明は、このような事情に鑑み、流路形
成基板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, an object of the present invention is to provide an ink jet type recording head and an ink jet type recording apparatus which prevent the flow path forming substrate from being destroyed.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第1の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が
複数の隔壁によって画成される流路形成基板と、該流路
形成基板の一方面側に振動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具備する
インクジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基
板の前記圧電素子側には当該圧電素子を駆動するための
駆動回路が設けられると共に前記圧電素子と前記駆動回
路とがボンディングワイヤからなる駆動配線を介して接
続され、前記圧電素子と前記駆動配線との接続部が前記
隔壁に対向する領域に設けられていることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is defined by a plurality of partition walls. In an ink jet recording head comprising a lower electrode provided on one surface side of the substrate via a vibration plate, a piezoelectric element composed of a piezoelectric layer and an upper electrode, the piezoelectric element side of the flow path forming substrate has A drive circuit for driving the piezoelectric element is provided, and the piezoelectric element and the drive circuit are connected via a drive wire made of a bonding wire, and a connecting portion between the piezoelectric element and the drive wire faces the partition. The ink jet recording head is provided in a region where the ink jet recording head is operated.

【0011】かかる第1の態様では、接続部の下側にイ
ンクの流路が存在しないため、ボンディングワイヤから
なる駆動配線を接続する際に、その負荷によって流路形
成基板に割れ等が発生するのを防止できる。
In the first aspect, since the ink flow path does not exist below the connection portion, when the drive wiring composed of the bonding wire is connected, the load causes the flow path forming substrate to crack or the like. Can be prevented.

【0012】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記圧電素子の上電極から前記隔壁に対向する領域
までリード電極が延設され、該リード電極の先端部近傍
が前記接続部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 second aspect of the present invention, in the first aspect, a lead electrode extends from an upper electrode of the piezoelectric element to a region facing the partition wall, and the vicinity of the leading end of the lead electrode is the connecting portion. An ink jet recording head is characterized in that:

【0013】かかる第2の態様では、リード電極を延設
することにより、隔壁に対向する領域に接続部を容易に
形成できる。
In the second aspect, by extending the lead electrode, a connection portion can be easily formed in a region facing the partition.

【0014】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記接続部が、前記圧力発生室の長手方向端
部よりも外側に設けられていることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッドにある。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the connection portion is provided outside a longitudinal end of the pressure generating chamber. In the head.

【0015】かかる第3の態様では、接続部を圧力発生
室の長手方向端部よりも外側に配置することにより接続
部を露出させやすく、駆動配線の接続が容易となる。
In the third aspect, by disposing the connecting portion outside the longitudinal end of the pressure generating chamber, the connecting portion is easily exposed, and the connection of the drive wiring is facilitated.

【0016】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記流路形成基板の前記圧電素子側に
接合される接合基板を有し、前記駆動回路が当該接合部
材上に設けられていることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドにある。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, further comprising a bonding substrate bonded to the piezoelectric element side of the flow path forming substrate, wherein the drive circuit is provided with the bonding member. An ink jet recording head is provided above.

【0017】かかる第4の態様では、流路形成基板の圧
電素子側に駆動回路を容易に配置することができる。
According to the fourth aspect, the drive circuit can be easily arranged on the piezoelectric element side of the flow path forming substrate.

【0018】本発明の第5の態様は、第4の態様におい
て、前記接合基板が、前記圧電素子に対向する領域にそ
の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で当該空
間を密封可能な圧電素子保持部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 fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the bonding substrate can seal the space in a region facing the piezoelectric element in such a manner that a space is secured so as not to hinder its movement. An ink jet type recording head having a piezoelectric element holding portion.

【0019】かかる第5の態様では、外部環境に起因す
る圧電素子の破壊が防止される。
In the fifth aspect, destruction of the piezoelectric element due to the external environment is prevented.

【0020】本発明の第6の態様は、第4又は5の態様
において、前記駆動回路が前記接合部材上に直接形成さ
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 sixth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the fourth or fifth aspect, wherein the drive circuit is formed directly on the joining member.

【0021】かかる第6の態様では、駆動回路を比較的
容易に形成することができる。
In the sixth aspect, the drive circuit can be formed relatively easily.

【0022】本発明の第7の態様は、第6の態様におい
て、前記駆動回路が半導体集積回路であることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to the sixth aspect, wherein the driving circuit is a semiconductor integrated circuit.

【0023】かかる第7の態様では、駆動回路を比較的
容易に形成することができる。
In the seventh aspect, the drive circuit can be formed relatively easily.

【0024】本発明の第8の態様は、第1〜7の何れか
の態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板
に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各
層が薄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 generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed of a thin film and a lithography. An ink jet recording head characterized by being formed by a method.

【0025】かかる第8の態様では、高密度のノズル開
口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量且つ比較
的容易に製造することができる。
In the eighth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0026】本発明の第9の態様は、第1〜8の何れか
の態様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.

【0027】かかる第9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できる。
According to the ninth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus with improved head reliability.

【0028】[0028]

【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.

【0029】(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視図で
あり、図2は、図1の平面図及び断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a sectional view of FIG.

【0030】図示するように、流路形成基板10は、本
実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板10としては、通常、150〜3
00μm程度の厚さのものが用いられ、望ましくは18
0〜280μm程度、より望ましくは220μm程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, usually 150 to 3
A thickness of about 00 μm is used.
Those having a thickness of about 0 to 280 μm, more preferably about 220 μm are suitable. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.

【0031】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 a 1-2 μm thick elastic film 50 made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation.

【0032】一方、流路形成基板10の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
複数の隔壁11により区画された圧力発生室12が幅方
向に並設され、その長手方向外側には、後述するリザー
バ形成基板のリザーバ部に連通して各圧力発生室12の
共通のインク室となるリザーバ100の一部を構成する
連通部13が形成され、各圧力発生室12の長手方向一
端部とそれぞれインク供給路14を介して連通されてい
る。なお、このインク供給路14も圧力発生室12と同
様に隔壁11によって区画されている。
On the other hand, the opening surface of the flow path forming substrate 10 is anisotropically etched on a silicon single crystal substrate,
The pressure generating chambers 12 divided by the plurality of partition walls 11 are provided in parallel in the width direction, and on the outside in the longitudinal direction, a common ink chamber of each pressure generating chamber 12 communicates with a reservoir portion of a reservoir forming substrate described later. A communication portion 13 forming a part of the reservoir 100 is formed, and is communicated with one end of each pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction via an ink supply path 14. The ink supply path 14 is also partitioned by the partition 11 like the pressure generating chamber 12.

【0033】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, it is gradually eroded, and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane 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.

【0034】本実施形態では、各圧力発生室12の長辺
を第1の(111)面で、短辺を第2の(111)面で
形成している。この圧力発生室12は、流路形成基板1
0をほぼ貫通して弾性膜50に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。ここで、弾性膜50は、
シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵
される量がきわめて小さい。また各圧力発生室12の一
端に連通する各インク供給路14は、圧力発生室12よ
り浅く形成されており、圧力発生室12に流入するイン
クの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク
供給路14は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中ま
でエッチング(ハーフエッチング)することにより形成
されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時
間の調整により行われる。
In this embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane, and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generating chamber 12 is provided on the flow path forming substrate 1.
It is formed by etching until it reaches the elastic film 50 almost through 0. Here, the elastic film 50 is
The amount attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small. Each of the ink supply passages 14 communicating with one end of each of the pressure generating chambers 12 is formed shallower than the pressure generating chambers 12 and maintains a constant flow resistance of the ink flowing into the pressure generating chambers 12. That is, the ink supply path 14 is formed by partially etching (half-etching) the silicon single crystal substrate in the thickness direction. Note that the half etching is performed by adjusting the etching time.

【0035】この流路形成基板10の開口面側には、各
圧力発生室12のインク供給路14とは反対側で連通す
るノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が接
着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。な
お、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.1〜1
mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜
4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、又
は不錆鋼などからなる。ノズルプレート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、ノズルプレート20は、流路形成基板10
と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよ
い。この場合には、流路形成基板10とノズルプレート
20との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の
接着剤等を用いて容易に接合することができる。
A nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the pressure supply chamber 12 on the opposite side of the ink supply path 14 is provided on the opening side of the flow path forming substrate 10 with an adhesive or heat welding. It is fixed via a film or the like. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.1 to 1
mm, the coefficient of linear expansion is 300 ° C. or less, for example, 2.5 to
It is made of 4.5 [× 10 −6 / ° C.] glass-ceramic or non-rusting steel. The nozzle plate 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. Further, the nozzle plate 20 is connected to the flow path forming substrate 10.
May be formed of a material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the material. In this case, since the deformation of the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 due to heat become substantially the same, it is possible to easily join them using a thermosetting adhesive or the like.

【0036】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21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21は数十μmの直径で精度よく形成する必要
がある。
Here, the size of the pressure generating chamber 12 for applying the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 21 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 21 need to be formed with a diameter of several tens of μm with high accuracy.

【0037】一方、流路形成基板10の開口面とは反対
側の弾性膜50の上には、厚さが例えば、約0.2μm
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
るが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障は
ない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体
能動部が形成されていることになる。また、ここでは、
圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位
が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称す
る。
On the other hand, on the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, for example, a thickness of about 0.2 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 used as a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if the upper electrode film 80 is reversed for convenience of a drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Also, here
The combination of the piezoelectric element 300 and the diaphragm whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 is referred to as a piezoelectric actuator.

【0038】また、流路形成基板10の圧電素子300
側には、リザーバ100の少なくとも一部を構成するリ
ザーバ部31を有するリザーバ形成基板30が接合され
ている。このリザーバ部31は、本実施形態では、リザ
ーバ形成基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12
の幅方向に亘って形成されている。そして、上述のよう
に流路形成基板10の連通部13と弾性膜50に形成さ
れた貫通孔51を介して連通されて各圧力発生室12の
共通のインク室となるリザーバ100を構成している。
The piezoelectric element 300 of the flow path forming substrate 10
On the side, a reservoir forming substrate 30 having a reservoir part 31 constituting at least a part of the reservoir 100 is joined. In this embodiment, the reservoir portion 31 penetrates the reservoir forming substrate 30 in the thickness direction, and
Are formed over the width direction. Then, as described above, the reservoir 100 which is communicated with the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10 through the through hole 51 formed in the elastic film 50 and serves as a common ink chamber of each pressure generating chamber 12 is configured. I have.

【0039】このリザーバ形成基板30としては、例え
ば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板10の熱
膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施
形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結
晶基板を用いて形成した。これにより、上述のノズルプ
レート20の場合と同様に、両者を熱硬化性の接着剤を
用いた高温での接着であっても両者を確実に接着するこ
とができる。したがって、製造工程を簡略化することが
できる。
As the reservoir forming substrate 30, for example, it is preferable to use a material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the flow path forming substrate 10, such as glass or a ceramic material. It was formed using a silicon single crystal substrate of the same material. As a result, as in the case of the nozzle plate 20 described above, both can be securely bonded to each other even at a high temperature using a thermosetting adhesive. Therefore, the manufacturing process can be simplified.

【0040】さらに、このリザーバ形成基板30には、
封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス
基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛
性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmの
ポリフェニレンスルフィド(PPS)フィルム)からな
り、この封止膜41によってリザーバ部31の一方面が
封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の
材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SU
S)等)で形成される。この固定板42のリザーバ10
0に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口
部43となっているため、リザーバ100の一方面は可
撓性を有する封止膜41のみで封止され、内部圧力の変
化によって変形可能な可撓部32となっている。
Further, the reservoir forming substrate 30 includes:
The compliance substrate 40 including the sealing film 41 and the fixing plate 42 is joined. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm), and the sealing film 41 seals one surface of the reservoir 31. Has been stopped. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SU) having a thickness of 30 μm.
S) etc.). The reservoir 10 of the fixing plate 42
Since the region opposing to 0 is the opening 43 completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with the sealing film 41 having flexibility, and the internal pressure changes. Thus, the flexible portion 32 is deformable.

【0041】また、このリザーバ100の長手方向略中
央部外側のコンプライアンス基板40上には、リザーバ
100にインクを供給するためのインク導入口35が形
成されている。さらに、リザーバ形成基板30には、イ
ンク導入口35とリザーバ100の側壁とを連通するイ
ンク導入路36が設けられている。なお、本実施形態で
は、一つのインク導入口35及びインク導入路36によ
って、リザーバ100にインクを供給するようにしてい
るが、これに限定されず、例えば、所望のインク供給量
に応じて、複数のインク導入口及びインク導入路を設け
るようにしてもよいし、あるいはインク導入口の開口面
積を大きくしてインク流路を拡大するようにようにして
もよい。
An ink inlet 35 for supplying ink to the reservoir 100 is formed on the compliance substrate 40 substantially outside the central portion in the longitudinal direction of the reservoir 100. Further, the reservoir forming substrate 30 is provided with an ink introduction path 36 that communicates the ink introduction port 35 with the side wall of the reservoir 100. In the present embodiment, the ink is supplied to the reservoir 100 by one ink introduction port 35 and the ink introduction path 36. However, the present invention is not limited to this. For example, according to a desired ink supply amount, A plurality of ink introduction ports and ink introduction paths may be provided, or the opening area of the ink introduction ports may be increased to enlarge the ink flow path.

【0042】また、リザーバ形成基板30は、圧電素子
300を外部環境と遮断する封止板を兼ねており、圧電
素子300に対向する領域には、圧電素子300の運動
を阻害しない程度の空間を確保した状態でその空間を密
封可能な圧電素子保持部33が設けられている。そし
て、圧電素子300の少なくとも圧電体能動部320
が、この圧電素子保持部33内に密封されている。
The reservoir forming substrate 30 also serves as a sealing plate that blocks the piezoelectric element 300 from the external environment. In a region facing the piezoelectric element 300, a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is provided. A piezoelectric element holding portion 33 capable of sealing the space in a secured state is provided. Then, at least the piezoelectric active part 320 of the piezoelectric element 300
Are sealed in the piezoelectric element holding portion 33.

【0043】このようなリザーバ形成基板30上には、
圧電素子300を駆動するための駆動回路110が搭載
され、ボンディングワイヤからなる駆動配線120を介
して圧電素子300と電気的に接続されている。なお、
この駆動回路110は、回路基板あるいは駆動回路を含
む半導体集積回路(IC)であってもよい。
On such a reservoir forming substrate 30,
A driving circuit 110 for driving the piezoelectric element 300 is mounted, and is electrically connected to the piezoelectric element 300 via a driving wire 120 made of a bonding wire. In addition,
The drive circuit 110 may be a circuit board or a semiconductor integrated circuit (IC) including the drive circuit.

【0044】ここで、圧電素子300と駆動回路110
との配線構造について詳しく説明する。
Here, the piezoelectric element 300 and the driving circuit 110
Will be described in detail.

【0045】図2(a)に示すように、圧電素子300
の上電極膜80の長手方向一端部近傍から圧力発生室1
2の周壁に対向する領域にはリード電極90が延設さ
れ、その先端部は圧力発生室12等を区画する隔壁11
上、例えば、本実施形態では、インク供給路14に対応
する領域の隔壁11上に位置している。
As shown in FIG. 2A, the piezoelectric element 300
From the vicinity of one end of the upper electrode film 80 in the longitudinal direction.
A lead electrode 90 extends in a region opposed to the peripheral wall of the partition wall 2, and a distal end thereof has a partition wall 11 for partitioning the pressure generating chamber 12 and the like.
Above, for example, in the present embodiment, it is located on the partition 11 in a region corresponding to the ink supply path 14.

【0046】また、リザーバ形成基板30には、このリ
ード電極90の先端部に対向する領域に、厚さ方向に貫
通する貫通溝37が圧力発生室12の列に亘って設けら
れており、駆動配線120は、この貫通溝37を介し
て、一端部が駆動回路110と接続されると共に他端部
がリード電極90の先端部に接続されている。すなわ
ち、圧電素子300から延設されたリード電極90と駆
動配線120との接続部90aが隔壁11に対向する領
域に設けられている。
In the reservoir forming substrate 30, a through groove 37 penetrating in the thickness direction is provided in a region facing the tip of the lead electrode 90 over the rows of the pressure generating chambers 12. The wiring 120 has one end connected to the drive circuit 110 and the other end connected to the tip of the lead electrode 90 via the through groove 37. That is, the connecting portion 90 a between the lead electrode 90 extended from the piezoelectric element 300 and the drive wiring 120 is provided in a region facing the partition 11.

【0047】このように、隔壁11に対向する領域に圧
電素子300から延設されたリード電極90と駆動配線
120との接続部90aを設けることにより、リード電
極90にボンディングワイヤからなる駆動配線120を
接続する際にかかる負荷によって、流路形成基板10に
割れ等の破壊が発生するのを防止でき、歩留まりを向上
することができると共に、信頼性を向上したヘッドを実
現することができる。
As described above, by providing the connection portion 90a between the lead electrode 90 extended from the piezoelectric element 300 and the drive wiring 120 in the area facing the partition 11, the drive electrode 120 made of a bonding wire is provided on the lead electrode 90. This can prevent the flow path forming substrate 10 from being broken due to a load applied when connecting them, thereby improving the yield and realizing a head with improved reliability.

【0048】また、本実施形態では、接続部90aが、
インク供給路14に対応する領域の隔壁11上、すなわ
ち、圧力発生室12の長手方向端部よりも外側に設けら
れているため、貫通溝37によって接続部90aを容易
に露出させることができ、駆動配線120を比較的容易
に接続することができる。
In this embodiment, the connecting portion 90a is
The connection portion 90a can be easily exposed by the through groove 37 because the connection portion 90a is provided on the partition 11 in a region corresponding to the ink supply path 14, that is, outside the longitudinal end of the pressure generating chamber 12. The drive wiring 120 can be connected relatively easily.

【0049】なお、このような本実施形態のインクジェ
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35からインクを取り込み、リザ
ーバ100からノズル開口21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、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極
膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、弾性膜5
0、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、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル
開口21からインク滴が吐出する。
The ink jet recording head of this embodiment takes in ink from an ink inlet 35 connected to an external ink supply means (not shown), and fills the inside from the reservoir 100 to the nozzle opening 21 with ink. After that, a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generating chamber 12 in accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), and the elastic film 5
0, the lower electrode film 60 and the piezoelectric layer 70 are flexibly deformed, whereby the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

【0050】なお、本実施形態では、圧電素子300か
ら延設されたリード電極90と駆動配線120との接続
部90aをインク供給路14に対応する領域の隔壁11
上に設けるようにしたが、勿論、圧力発生室12に対応
する領域の隔壁11上であってもよい。
In this embodiment, the connecting portion 90 a between the lead electrode 90 extended from the piezoelectric element 300 and the drive wiring 120 is connected to the partition 11 in the region corresponding to the ink supply path 14.
Although it was provided above, it may of course be on the partition 11 in a region corresponding to the pressure generating chamber 12.

【0051】また、本実施形態では、リード電極90を
圧電素子300の長手方向端部から隔壁11に対向する
領域まで延設するようにしたが、このリード電極の配置
は、特に限定されず、例えば、図3に示すように、圧電
素子300の幅方向端面略中央部から隔壁11に対向す
る領域に延設するようにしてもよい。なお、この場合に
は、リード電極90が延設される領域の下電極膜60を
除去する必要がある。
In the present embodiment, the lead electrode 90 extends from the longitudinal end of the piezoelectric element 300 to a region facing the partition 11, but the arrangement of the lead electrode is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 3, the piezoelectric element 300 may extend from a substantially central portion in the width direction end surface to a region facing the partition 11. In this case, it is necessary to remove the lower electrode film 60 in a region where the lead electrode 90 extends.

【0052】何れにしても、圧電素子300と駆動配線
120との接続部90aを隔壁11上、すなわち、イン
クの流路に対向する部分以外の領域に設けることによ
り、上述のように流路形成基板10の破壊を防止するこ
とができる。
In any case, by providing the connecting portion 90a between the piezoelectric element 300 and the drive wiring 120 on the partition wall 11, that is, in a region other than the portion opposed to the ink flow path, the flow path is formed as described above. Destruction of the substrate 10 can be prevented.

【0053】(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.

【0054】例えば、上述の実施形態では、流路形成基
板10にリザーバ形成基板30を接合し、このリザーバ
形成基板30に駆動回路110を設けるようにしたが、
これに限定されず、流路形成基板10の圧電素子300
側に駆動回路110が設けられていれば何れの構造であ
ってもよい。
For example, in the above-described embodiment, the reservoir forming substrate 30 is joined to the flow path forming substrate 10, and the driving circuit 110 is provided on the reservoir forming substrate 30.
However, the present invention is not limited to this.
Any structure may be used as long as the drive circuit 110 is provided on the side.

【0055】なお、上述の実施形態では、成膜及びリソ
グラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインク
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、グリーンシートを貼付する
等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記
録ヘッドにも本発明を採用することができる。
In the above embodiment, a thin-film type ink jet recording head manufactured by applying a film forming and lithography process has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a thick-film type ink jet recording head formed by a method such as sticking.

【0056】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4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。
Further, 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.

【0057】図4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. 4, the recording head units 1A and 1B having the 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.

【0058】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.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、圧電
素子と駆動回路とをボンディングワイヤからなる駆動配
線で接続し、この駆動配線と圧電素子との接続部を隔壁
上に設けるようにした。これにより、駆動配線を圧電素
子に接続する際に、その負荷によって流路形成基板に割
れ等が発生するのを防止でき、歩留まりが向上すると共
に信頼性を向上したヘッドを製造することができる。
As described above, according to the present invention, the piezoelectric element and the driving circuit are connected by the driving wiring composed of the bonding wire, and the connection between the driving wiring and the piezoelectric element is provided on the partition wall. . Accordingly, when the drive wiring is connected to the piezoelectric element, it is possible to prevent the flow path forming substrate from cracking or the like due to the load, and it is possible to manufacture a head with improved yield and improved reliability.

【0060】[0060]

【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.

【図3】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの他の例を示す要部平面図である。
FIG. 3 is a main part plan view showing another example of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置を示す概略斜視図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing an ink jet recording apparatus according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 11 隔壁 12 圧力発生室 20 ノズルプレート 30 リザーバ形成基板 40 コンプライアンス基板 50 弾性膜 60 下電極膜 70 圧電体層 80 上電極膜 90 リード電極 110 駆動回路 120 駆動配線 300 圧電素子 REFERENCE SIGNS LIST 10 flow path forming substrate 11 partition 12 pressure generating chamber 20 nozzle plate 30 reservoir forming substrate 40 compliance substrate 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric layer 80 upper electrode film 90 lead electrode 110 drive circuit 120 drive wiring 300 piezoelectric element

Claims (9)

【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が複数
の隔壁によって画成される流路形成基板と、該流路形成
基板の一方面側に振動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具備するインク
ジェット式記録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板の前記圧電素子側には当該圧電素子を
駆動するための駆動回路が設けられると共に前記圧電素
子と前記駆動回路とがボンディングワイヤからなる駆動
配線を介して接続され、前記圧電素子と前記駆動配線と
の接続部が前記隔壁に対向する領域に設けられているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
1. A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is defined by a plurality of partition walls, a lower electrode provided on one surface side of the flow path forming substrate via a diaphragm, and a piezoelectric element. In an ink jet recording head including a piezoelectric element including a body layer and an upper electrode, a drive circuit for driving the piezoelectric element is provided on the piezoelectric element side of the flow path forming substrate, and the piezoelectric element and An ink jet recording head, wherein a drive circuit is connected via a drive wire made of a bonding wire, and a connection portion between the piezoelectric element and the drive wire is provided in a region facing the partition.
【請求項2】 請求項1において、前記圧電素子の上電
極から前記隔壁に対向する領域までリード電極が延設さ
れ、該リード電極の先端部近傍が前記接続部となってい
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. The device according to claim 1, wherein a lead electrode extends from an upper electrode of the piezoelectric element to a region facing the partition, and a portion near a tip end of the lead electrode serves as the connection portion. Inkjet recording head.
【請求項3】 請求項1又は2において、前記接続部
が、前記圧力発生室の長手方向端部よりも外側に設けら
れていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the connecting portion is provided outside a longitudinal end of the pressure generating chamber.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記流
路形成基板の前記圧電素子側に接合される接合基板を有
し、前記駆動回路が当該接合部材上に設けられているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
4. The method according to claim 1, further comprising a bonding substrate bonded to the piezoelectric element side of the flow path forming substrate, wherein the drive circuit is provided on the bonding member. Characteristic inkjet recording head.
【請求項5】 請求項4において、前記接合基板が、前
記圧電素子に対向する領域にその運動を阻害しない程度
の空間を確保した状態で当該空間を密封可能な圧電素子
保持部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。
5. The method according to claim 4, wherein the bonding substrate has a piezoelectric element holding portion capable of sealing a space in a region facing the piezoelectric element in a state in which a space that does not hinder the movement is secured. Characteristic inkjet recording head.
【請求項6】 請求項4又は5において、前記駆動回路
が前記接合部材上に直接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。
6. The ink jet recording head according to claim 4, wherein the drive circuit is formed directly on the joining member.
【請求項7】 請求項6において、前記駆動回路が半導
体集積回路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. An ink jet recording head according to claim 6, wherein said drive circuit is a semiconductor integrated circuit.
【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薄膜及びリソグラフ
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 a thin film and a lithography method. An ink jet recording head, characterized in that:
【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.
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JP2016215570A (en) * 2015-05-25 2016-12-22 ブラザー工業株式会社 Liquid discharge device

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