JP2002178514A - Ink-jet recording head and ink-jet recorder - Google Patents

Ink-jet recording head and ink-jet recorder

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JP2002178514A
JP2002178514A JP2000379199A JP2000379199A JP2002178514A JP 2002178514 A JP2002178514 A JP 2002178514A JP 2000379199 A JP2000379199 A JP 2000379199A JP 2000379199 A JP2000379199 A JP 2000379199A JP 2002178514 A JP2002178514 A JP 2002178514A
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layer
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink-jet recording head and an ink-jet recorder in which a diaphragm is prevented from being broken by driving a piezoelectric element. SOLUTION: The ink-jet recording head includes pressure generation chambers 12 communicating with nozzle openings, and piezoelectric elements 300 each comprising a lower electrode 60, a piezoelectric layer 70 and an upper electrode 80 set via the diaphragm to a region corresponding to the pressure generation chamber 12. To the region corresponding to the pressure generation chamber 12, the piezoelectric element 300 is provided with a piezoelectric active part 320 which becomes an essential driving part, and piezoelectric non active parts 330 which are formed to both end parts in a longitudinal direction of the piezoelectric element 300 by removing the lower electrode 60 and which are not essentially driven although including the piezoelectric layer 70 continuous from the piezoelectric active part 320. An electrode wiring is extended onto a peripheral wall from the upper electrode 80. Moreover, the diaphragm at regions opposite to at least corners at both sides in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 are covered with an electrode layer 100 equal to a conductive layer constituting the electrode wiring 90, so that the diaphragm has the rigidity improved.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、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 pressure generating chamber which communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets, which is constituted by a vibrating plate. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus for ejecting ink droplets by using an ink jet recording head.

【0002】[0002]

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

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

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

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

【0006】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能
になるという利点がある。
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が、単位駆動電圧当たり
の変位量及び圧力発生室に対向する部分とその外部とを
跨ぐ部分で圧電体層へかかる応力の問題から、圧電体層
及び上電極からなる圧電体能動部を圧力発生室外に出な
いように形成することが望ましい。
Further, 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. However, due to the problem of the amount of displacement per unit drive voltage and the stress applied to the piezoelectric layer at the part facing the pressure generating chamber and the part straddling the outside, the piezoelectric active part consisting of the piezoelectric layer and the upper electrode is pressurized. It is desirable to form so as not to go out of the generation chamber.

【0008】そこで、各圧力発生室に対応する圧電素子
を絶縁層で覆い、この絶縁層に各圧電素子を駆動するた
めの電圧を供給するリード電極との接続部を形成するた
めの窓(以下、コンタクトホールという)を各圧力発生
室に対応して設け、各圧電素子とリード電極との接続部
をコンタクトホール内に形成する構造が知られている。
Therefore, the piezoelectric element corresponding to each pressure generating chamber is covered with an insulating layer, and a window (hereinafter, referred to as a window) for forming a connection portion with a lead electrode for supplying a voltage for driving each piezoelectric element to the insulating layer. , A contact hole) is provided corresponding to each pressure generating chamber, and a connection portion between each piezoelectric element and a lead electrode is formed in the contact hole.

【0009】しかしながら、このように上電極とリード
電極とを接続するためにコンタクトホールを設ける構造
では、コンタクトホールを設ける部分の全体の膜厚が厚
くなってしまい、変位特性が低下してしまうという問題
があった。
However, in such a structure in which a contact hole is provided to connect the upper electrode and the lead electrode, the entire thickness of the portion where the contact hole is provided becomes large, and the displacement characteristics are reduced. There was a problem.

【0010】このような問題を解決するために、圧力発
生室に対向する領域に、圧電素子の実質的な駆動部であ
る圧電体能動部から連続して、圧電体層を有するが実質
的に駆動されない圧電体非能動部を設け、コンタクトホ
ールを設けることなくリード電極を形成した構造が提案
されている。
In order to solve such a problem, a piezoelectric layer is provided in a region facing the pressure generating chamber, continuously from a piezoelectric active portion which is a substantial driving portion of the piezoelectric element. There has been proposed a structure in which a non-driven piezoelectric inactive portion is provided and a lead electrode is formed without providing a contact hole.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造では、圧電素子を駆動させることにより振動板
に十分な変位量が得られるが、変形を繰り返すことによ
って振動板にクラック等の破壊が生じるという問題があ
る。この問題は、特に、圧力発生室の長手方向縁部に対
向する領域で発生し易い。
However, in such a structure, a sufficient amount of displacement can be obtained in the diaphragm by driving the piezoelectric element. However, cracks and the like are caused in the diaphragm by repeating deformation. There is a problem. This problem is particularly likely to occur in a region facing the longitudinal edge of the pressure generating chamber.

【0012】本発明は、このような事情に鑑み、圧電素
子の駆動による振動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 a diaphragm from being broken by driving a piezoelectric element.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第1の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室
と、この圧力発生室に対応する領域に振動板を介して設
けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子
とを備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記
圧電素子は、前記圧力発生室に対向する領域内に、実質
的な駆動部となる圧電体能動部と、その長手方向両端部
に前記下電極を除去することにより形成され当該圧電体
能動部から連続する前記圧電体層を有するが実質的に駆
動されない圧電体非能動部とを有し、前記上電極から周
壁上に電極配線が延設されていると共に、前記圧力発生
室の長手方向両側の少なくとも隅部に対向する領域の振
動板が前記電極配線を構成する導電層と同一の電極構成
層によって覆われていることを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and a region corresponding to the pressure generating chamber are provided via a diaphragm. In an ink jet recording head including a lower electrode, a piezoelectric layer, and a piezoelectric element including an upper electrode, the piezoelectric element has a piezoelectric active portion substantially serving as a driving portion in a region opposed to the pressure generating chamber. A piezoelectric non-active portion which is formed by removing the lower electrode at both ends in the longitudinal direction and has the piezoelectric layer continuous from the piezoelectric active portion but is not substantially driven; and The electrode wiring extends from the peripheral wall to the peripheral wall, and a diaphragm in a region facing at least a corner on both sides in the longitudinal direction of the pressure generating chamber is covered with the same electrode configuration layer as the conductive layer forming the electrode wiring. Be In an ink jet recording head according to claim Rukoto.

【0014】かかる第1の態様では、圧力発生室の長手
方向両端部に対向する領域の振動板を電極構成層によっ
て覆うようにしたので、振動板の剛性が向上する。これ
により、圧電素子の駆動による変形によって振動板が破
壊されるのを防止することができる。
In the first aspect, the diaphragm in the region opposed to both ends in the longitudinal direction of the pressure generating chamber is covered with the electrode constituting layer, so that the rigidity of the diaphragm is improved. Thus, it is possible to prevent the diaphragm from being broken by the deformation due to the driving of the piezoelectric element.

【0015】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記圧電体層は、結晶が優先配向していることを特
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, there is provided the ink jet recording head according to the first aspect, wherein the piezoelectric layer has crystals preferentially oriented.

【0016】かかる第2の態様では、圧電体層が薄膜工
程で成膜された結果、結晶が優先配向している。
In the second aspect, as a result of the piezoelectric layer being formed in the thin film process, the crystals are preferentially oriented.

【0017】本発明の第3の態様は、第2の態様におい
て、前記圧電体層は、結晶が柱状となっていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to the second aspect, wherein the piezoelectric layer has a columnar crystal.

【0018】かかる第3の態様では、圧電体層が薄膜工
程で成膜された結果、結晶が柱状となっている。
In the third aspect, as a result of the piezoelectric layer being formed in the thin film process, the crystals are columnar.

【0019】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記圧電素子を構成する少なくとも圧
電体層が、前記圧力発生室に対向する領域内に独立して
形成されていることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドにある。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, at least the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is independently formed in a region facing the pressure generating chamber. The ink jet recording head is characterized in that:

【0020】かかる第4の態様では、圧電素子の駆動に
よる振動板の変位量が増加する。
In the fourth aspect, the amount of displacement of the diaphragm caused by driving the piezoelectric element increases.

【0021】本発明の第5の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記圧電素子の長手方向両端部近傍が
前記電極構成層で覆わ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 fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the vicinity of both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric element is covered with the electrode constituting layer. In the head.

【0022】かかる第5の態様では、圧力発生室の長手
方向両端部に対向する領域の振動板の破壊が防止される
と共に、圧電素子の長手方向両端部近傍の剛性が向上
し、圧電素子の駆動による圧電体層の破壊が防止され
る。
In the fifth aspect, the destruction of the vibration plate in the region facing the both ends in the longitudinal direction of the pressure generating chamber is prevented, and the rigidity near the both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric element is improved. Breakage of the piezoelectric layer due to driving is prevented.

【0023】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記下電極は複数の圧電素子に亘って
形成され、且つ前記下電極の少なくとも前記圧力発生室
の前記電極配線とは反対の端部側には、当該下電極を除
去した下電極除去部が各圧力発生室毎に形成され、且つ
前記電極構成層が、前記下電極除去部内のみに形成され
ていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドに
ある。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the lower electrode is formed over a plurality of piezoelectric elements, and at least the electrode of the pressure generating chamber of the lower electrode is provided. On the end side opposite to the wiring, a lower electrode removing portion from which the lower electrode has been removed is formed for each pressure generating chamber, and the electrode constituent layer is formed only inside the lower electrode removing portion. An ink jet recording head is characterized in that:

【0024】かかる第6の態様では、下電極除去部が各
圧力発生室毎に設けられているので、下電極の抵抗値の
増加が抑えられ、圧電素子に良好に電圧を印加すること
ができる。
In the sixth aspect, since the lower electrode removing portion is provided for each pressure generating chamber, an increase in the resistance value of the lower electrode is suppressed, and a voltage can be applied to the piezoelectric element satisfactorily. .

【0025】本発明の第7の態様は、第6の態様におい
て、前記下電極除去部が、略矩形形状を有することを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
A seventh aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the sixth aspect, wherein the lower electrode removing portion has a substantially rectangular shape.

【0026】かかる第7の態様では、下電極除去部をエ
ッチングによって容易に形成することができる。
According to the seventh aspect, the lower electrode removing portion can be easily formed by etching.

【0027】本発明の第8の態様は、第1〜7の何れか
の態様において、前記電極構成層は、前記下電極よりも
剛性が高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。
An eighth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to seventh aspects, wherein the electrode constituting layer has higher rigidity than the lower electrode.

【0028】かかる第8の態様では、圧力発生室の長手
方向両端部に対向する領域の振動板の剛性を確実に向上
することができる。
According to the eighth aspect, the rigidity of the diaphragm in the region opposed to both ends in the longitudinal direction of the pressure generating chamber can be reliably improved.

【0029】本発明の第9の態様は、第1〜8の何れか
の態様において、前記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 a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the pressure generating chamber is formed in a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed of a thin film and a lithographic apparatus. An ink jet recording head characterized by being formed by a method.

【0030】かかる第9の態様では、比較的容易且つ高
精度に圧力発生室を高密度に形成することができる。
In the ninth aspect, the pressure generating chambers can be formed relatively easily and with high precision at high density.

【0031】本発明の第10の態様は、第1〜9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 tenth 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 ninth aspects.

【0032】かかる第10の態様では、ヘッドの耐久性
及び信頼性を向上したインクジェット式記録ヘッドを実
現できる。
According to the tenth aspect, it is possible to realize an ink jet recording head having improved head durability and reliability.

【0033】[0033]

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

【0034】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図2は、図1の平面図及び断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a sectional view of FIG.

【0035】図示するように、流路形成基板10は、本
実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板か
らなる。この流路形成基板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。
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is a single crystal silicon substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. 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 formed in advance by thermal oxidation.

【0036】この流路形成基板10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110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。
In the flow path forming substrate 10, pressure generating chambers 12 defined by a plurality of partition walls 11 are arranged in parallel in the width direction by anisotropically etching a silicon single crystal substrate. Is a communication part 13 which forms a part of a reservoir 110 which communicates with a reservoir part of a reservoir forming substrate which will be described later and serves as a common ink chamber of each pressure generating chamber 12.
Are formed, and are communicated with one end in the longitudinal direction of each pressure generating chamber 12 via the ink supply path 14.

【0037】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面
と、この第1の(111)面と約70度の角度をなし且
つ上記(110)面と約35度の角度をなす第2の(1
11)面とが出現し、(110)面のエッチングレート
と比較して(111)面のエッチングレートが約1/1
80であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第1の(11
1)面と斜めの二つの第2の(111)面とで形成され
る平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行う
ことができ、圧力発生室12を高密度に配列することが
できる。
Here, in the anisotropic etching, when the silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the substrate is gradually eroded and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane. 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.

【0038】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.

【0039】なお、このような流路形成基板10の厚さ
は、圧力発生室12を配設する密度に合わせて最適な厚
さを選択する。例えば、180dpiの解像度が得られ
るように圧力発生室12を配置する場合、流路形成基板
10の厚さは、180〜280μm程度、より望ましく
は、220μm程度とするのが好適である。また、例え
ば、360dpiの解像度が得られるように圧力発生室
12を配置する場合には、流路形成基板10の厚さは、
100μm以下とするのが好ましい。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。
The thickness of the flow path forming substrate 10 is selected to be optimal according to the density of the pressure generating chambers 12. For example, when the pressure generating chambers 12 are arranged so as to obtain a resolution of 180 dpi, the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably about 180 to 280 μm, and more preferably about 220 μm. Further, for example, when the pressure generating chambers 12 are arranged so as to obtain a resolution of 360 dpi, the thickness of the flow path forming substrate 10 is
The thickness is preferably 100 μm or less. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.

【0040】また、流路形成基板10の他方面側には、
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。
On the other side of the flow path forming substrate 10,
A nozzle plate 20 provided with a nozzle opening 21 communicating with the pressure supply chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is fixed via an adhesive or a heat welding film. The thickness of the nozzle plate 20 is, for example, 0.1 to 1
mm, the coefficient of linear expansion is 300 ° C. or less, for example, 2.5 to
It is made of 4.5 [× 10 −6 / ° C.] glass-ceramic or non-rusting steel. The nozzle plate 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.

【0041】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室12の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口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.

【0042】一方、流路形成基板10に設けられた弾性
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1
2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, the lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm and the piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1 μm are formed on the elastic film 50 provided on the flow path forming substrate 10. When,
The upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm is laminated and formed by a process described later, and forms the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 includes the lower electrode film 60,
A portion including the piezoelectric layer 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 layer 70 are connected to each of the pressure generating chambers 1.
It is structured by patterning every two. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which a piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300.
Even if this is reversed for convenience of the drive circuit and wiring, there is no problem.
In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and a diaphragm whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.

【0043】ここで、このような圧電素子300の構造
について詳しく説明する。
Here, the structure of such a piezoelectric element 300 will be described in detail.

【0044】図2に示すように、圧電素子300の一部
を構成する下電極膜60は、並設された複数の圧力発生
室12に対向する領域に連続的に設けられ、且つ圧力発
生室12の長手方向一端部近傍で圧力発生室12の幅方
向に亘って除去されている。また、圧力発生室12の長
手方向他端部近傍の下電極膜60は、各圧力発生室12
毎にパターニングされ、例えば、略矩形形状の下電極膜
除去部61が形成されており、各圧力発生室12の長手
方向縁部に対向する領域の弾性膜50が露出されてい
る。本実施形態では、このように下電極膜60をパター
ニングすることにより、実質的な駆動部である圧電体能
動部320と、その長手方向両端部に設けられて圧電体
能動部320と連続する圧電体層70を有するが駆動さ
れない圧電体非能動部330とからなる圧電素子300
が形成されている。
As shown in FIG. 2, the lower electrode film 60 constituting a part of the piezoelectric element 300 is provided continuously in a region opposed to the plurality of pressure generating chambers 12 arranged in parallel, and In the vicinity of one longitudinal end of the pressure generating chamber 12, the pressure generating chamber 12 is removed over the width direction. Further, the lower electrode film 60 near the other end in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 is
Each of the pressure generating chambers 12 is patterned to form, for example, a substantially rectangular lower electrode film removing portion 61, and the elastic film 50 in a region facing the longitudinal edge of each pressure generating chamber 12 is exposed. In the present embodiment, by patterning the lower electrode film 60 in this manner, the piezoelectric active portion 320 that is a substantial driving portion and the piezoelectric active portions 320 provided at both ends in the longitudinal direction and continuous with the piezoelectric active portion 320 are formed. A piezoelectric element 300 comprising a piezoelectric layer inactive portion 330 having a body layer 70 but not being driven
Are formed.

【0045】また、本実施形態では、圧電体層70及び
上電極膜80が、圧力発生室12に対向する領域内にパ
ターニングされ、圧電素子300が各圧力発生室12に
対向する領域に独立して設けられている。そして、上電
極膜80は、圧電素子300の長手方向一端部近傍から
弾性膜50上に延設されたリード電極90を介して図示
しない外部配線と接続されている。
In this embodiment, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are patterned in the region facing the pressure generating chambers 12, and the piezoelectric element 300 is independent of the region facing each pressure generating chamber 12. It is provided. The upper electrode film 80 is connected to external wiring (not shown) via a lead electrode 90 extending from the vicinity of one end in the longitudinal direction of the piezoelectric element 300 onto the elastic film 50.

【0046】また、本実施形態では、圧力発生室12の
長手方向両側の少なくとも隅部が、リード電極90を構
成する導電層と同一の電極構成層によって覆われてい
る。
Further, in this embodiment, at least the corners on both sides in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 are covered with the same electrode constituting layer as the conductive layer constituting the lead electrode 90.

【0047】具体的には、リード電極90は、本実施形
態では、圧電体能動部320と圧電体非能動部330と
の境界よりも外側で、圧力発生室12よりも広い幅で延
設され、圧電素子300の長手方向一端部近傍及び圧力
発生室12の縁部に対向する領域の弾性膜50は、この
リード電極90、すなわち電極構成層によって覆われて
いる。
Specifically, in the present embodiment, the lead electrode 90 extends outside the boundary between the piezoelectric active portion 320 and the piezoelectric non-active portion 330 and has a wider width than the pressure generating chamber 12. The elastic film 50 in the vicinity of one end in the longitudinal direction of the piezoelectric element 300 and the region facing the edge of the pressure generating chamber 12 is covered with the lead electrode 90, that is, the electrode constituting layer.

【0048】一方、圧電素子300の長手方向他端部近
傍、及び圧力発生室12の長手方向縁部に対向する領域
は、リード電極90とは独立して設けられた電極構成層
である保護層100によって覆われている。ここで、上
述したように、圧力発生室12の長手方向他端部側に
は、各圧力発生室12毎に下電極膜60を除去した下電
極膜除去部61が形成されて弾性膜50が露出されてい
る。そして、保護層100は、この下電極除去部61内
にパターニングされ、下電極膜60とは接触しないよう
に形成されている。
On the other hand, a region near the other end in the longitudinal direction of the piezoelectric element 300 and a region facing the edge in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 are a protective layer which is an electrode constituting layer provided independently of the lead electrode 90. Covered by 100. Here, as described above, the lower electrode film removing portion 61 in which the lower electrode film 60 is removed is formed for each pressure generating chamber 12 on the other end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 so that the elastic film 50 is formed. It is exposed. Then, the protective layer 100 is patterned in the lower electrode removal part 61 so as not to contact the lower electrode film 60.

【0049】なお、このリード電極90及び保護層10
0の厚さは、特に限定されないが、剛性が下電極膜60
よりも高くなる厚さとするのが好ましく、本実施形態で
は、下電極膜60の厚さよりも厚く形成するようにし
た。
The lead electrode 90 and the protective layer 10
The thickness of the lower electrode film 60 is not particularly limited.
Preferably, the thickness is higher than that of the lower electrode film 60 in this embodiment.

【0050】このように圧力発生室12の長手方向縁部
の振動板をリード電極90及び保護層100によって覆
うことにより、振動板の剛性が向上し、圧電素子300
の駆動による繰り返し変形によって振動板にクラック等
が発生するのを防止することができる。
By covering the vibration plate at the longitudinal edge of the pressure generating chamber 12 with the lead electrode 90 and the protective layer 100 as described above, the rigidity of the vibration plate is improved, and the piezoelectric element 300
It is possible to prevent the occurrence of cracks and the like in the diaphragm due to repeated deformation due to the driving of.

【0051】また、本実施形態では、リード電極90及
び保護層100によって圧電素子300の長手方向端部
近傍を覆うようにしているため、圧電素子300の長手
方向端部近傍の剛性が高められ、圧電素子300の駆動
時に圧電素子300の長手方向端部近傍にかかる応力が
抑えられる。したがって、圧電素子300を駆動した際
に、圧電素子300の長手方向端部での変位量が減少す
るため、繰返し変位による圧電体層70の破壊を防止す
ることができる。
Further, in this embodiment, since the vicinity of the longitudinal end of the piezoelectric element 300 is covered by the lead electrode 90 and the protective layer 100, the rigidity near the longitudinal end of the piezoelectric element 300 is increased. The stress applied to the vicinity of the longitudinal end of the piezoelectric element 300 when the piezoelectric element 300 is driven is suppressed. Therefore, when the piezoelectric element 300 is driven, the amount of displacement at the longitudinal end of the piezoelectric element 300 is reduced, so that the piezoelectric layer 70 can be prevented from being broken due to repeated displacement.

【0052】また、保護層100がリード電極90と同
一層で形成されているため、製造工程を増やす必要が無
く、製造コストを増加させることなく保護層100を形
成することができる。
Further, since the protective layer 100 is formed in the same layer as the lead electrode 90, there is no need to increase the number of manufacturing steps, and the protective layer 100 can be formed without increasing the manufacturing cost.

【0053】さらに、本実施形態では、圧力発生室12
の長手方向他端部側の下電極膜60を各圧力発生室12
毎に除去して下電極膜除去部61を形成するようにし、
下電極膜60の除去面積を比較的小さく抑えているた
め、下電極膜60の抵抗値が大きく増加することがな
い。したがって、圧電素子300を構成する圧電体層7
0に良好に電圧を印加することができる。なお、下電極
膜60の抵抗値が大きく増加することがなければ、勿
論、下電極膜除去部61は、複数の圧力発生室12に対
向する領域に亘って連続して設けるようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the pressure generating chamber 12
The lower electrode film 60 on the other end side in the longitudinal direction of the
Each time, the lower electrode film removing portion 61 is formed,
Since the removal area of the lower electrode film 60 is relatively small, the resistance value of the lower electrode film 60 does not increase significantly. Therefore, the piezoelectric layer 7 constituting the piezoelectric element 300
0 can be applied with a favorable voltage. If the resistance value of the lower electrode film 60 does not increase significantly, the lower electrode film removing portion 61 may be provided continuously over a region facing the plurality of pressure generating chambers 12, as a matter of course. .

【0054】以下、このような圧電素子300等をシリ
コン単結晶基板からなる流路形成基板10上に形成する
プロセスについて、図3及び図4を参照しながら説明す
る。なお、図3及び図4は、圧力発生室12の長手方向
の断面図である。
Hereinafter, a process of forming such a piezoelectric element 300 and the like on the flow path forming substrate 10 made of a silicon single crystal substrate will be described with reference to FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views of the pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction.

【0055】まず、図3(a)に示すように、流路形成
基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約110
0℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜50を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a silicon single crystal substrate wafer serving as the flow path forming
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form an elastic film 50 made of silicon dioxide.

【0056】次に、図3(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を弾性膜50の全面に形成後、下
電極膜60をパターニングして全体パターンを形成す
る。すなわち、圧力発生室12の長手方向一端部側は、
圧力発生室12の幅方向に亘って除去し、圧力発生室1
2の長手方向他端部側は、各圧力発生室12毎に独立し
た下電極膜除去部61を形成する。この下電極膜60の
材料としては、白金等が好適である。これは、スパッタ
リング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層70
は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜
1000℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があ
るからである。すなわち、下電極膜60の材料は、この
ような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければ
ならず、殊に、圧電体層70としてチタン酸ジルコン酸
鉛(PZT)を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導
電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から
白金が好適である。
Next, as shown in FIG. 3B, after the lower electrode film 60 is formed on the entire surface of the elastic film 50 by sputtering, the lower electrode film 60 is patterned to form an entire pattern. That is, one longitudinal end of the pressure generating chamber 12 is
The pressure-generating chamber 12 is removed over the width direction of the pressure-generating chamber 12 and
On the other end side in the longitudinal direction of 2, an independent lower electrode film removing portion 61 is formed for each pressure generating chamber 12. As a material of the lower electrode film 60, platinum or the like is preferable. This is because a piezoelectric layer 70 described later formed by a sputtering method or a sol-gel method is formed.
Is from 600 to 600 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after film formation.
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 1000 ° C. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity under such a high temperature and oxidizing atmosphere. In particular, when the piezoelectric layer 70 is made of lead zirconate titanate (PZT), It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of lead oxide is small, and for these reasons, platinum is preferred.

【0057】次に、図3(c)に示すように、圧電体層
70を成膜する。この圧電体層70は、結晶が配向して
いることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有
機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥し
てゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物か
らなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用
いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層
70とした。圧電体層70の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使
用する場合には好適である。なお、この圧電体層70の
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング
法で形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 3C, a piezoelectric layer 70 is formed. In the piezoelectric layer 70, it is preferable that crystals are oriented. For example, in the present embodiment, a so-called sol-gel method in which a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a catalyst is applied and dried to form a gel, and then fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. To form a piezoelectric layer 70 in which crystals are oriented. As a material for the piezoelectric layer 70, a lead zirconate titanate-based material is suitable when used in an ink jet recording head. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited, and may be, for example, a sputtering method.

【0058】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。
Further, after forming a precursor film of lead zirconate titanate by a sol-gel method or a sputtering method,
A method of growing crystals at a low temperature by a high-pressure treatment method in an alkaline aqueous solution may be used.

【0059】何れにしても、このように成膜された圧電
体層70は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層70は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に0.2〜5μmであ
る。
In any case, in the piezoelectric layer 70 formed in this way, the crystal is preferentially oriented unlike the bulk piezoelectric, and in the present embodiment, the crystal is formed in the piezoelectric layer 70. It is formed in a column shape. Note that the preferential orientation refers to a state in which a crystal orientation direction is not disordered and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction. In addition, a crystal having a columnar thin film refers to a state in which substantially columnar crystals are gathered in a plane direction with their central axes substantially aligned in the thickness direction to form a thin film. Of course, it may be a thin film formed of preferentially oriented granular crystals. The thickness of the piezoelectric layer manufactured in the thin film process is generally 0.2 to 5 μm.

【0060】次に、図3(d)に示すように、上電極膜
80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料で
あればよく、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. 3D, 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.

【0061】次に、図4(a)に示すように、圧電体層
70及び上電極膜80のみをエッチングして圧電体能動
部320及び圧電体非能動部330からなる圧電素子3
00のパターニングを行う。すなわち、圧力発生室12
に対向する領域で、下電極膜60が形成された領域が圧
電体能動部320となり、下電極膜60が除去されてい
る領域が圧電体非能動部330となる。
Next, as shown in FIG. 4A, only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are etched to form a piezoelectric element 3 comprising a piezoelectric active portion 320 and a piezoelectric non-active portion 330.
00 patterning is performed. That is, the pressure generating chamber 12
The region where the lower electrode film 60 is formed in the region opposed to is the piezoelectric active portion 320, and the region where the lower electrode film 60 is removed is the piezoelectric non-active portion 330.

【0062】次に、図4(b)に示すように、リード電
極90及び保護層100を形成する。具体的には、例え
ば、金(Au)等からなる導電層91を流路形成基板1
0の全面に形成すると共に各圧電素子300毎にパター
ニングして、圧電素子300の長手方向一端部側に上電
極膜80と外部配線とを接続するリード電極90を形成
すると共に、他端部側に保護層100を形成する。な
お、このリード電極90及び保護層100は、例えば、
ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、銅(Cu)等の密
着層を介して設けるようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 4B, a lead electrode 90 and a protective layer 100 are formed. Specifically, for example, the conductive layer 91 made of gold (Au) or the like is formed on the flow path forming substrate 1.
0 and is patterned for each piezoelectric element 300 to form a lead electrode 90 for connecting the upper electrode film 80 to an external wiring at one end in the longitudinal direction of the piezoelectric element 300 and to form a lead electrode 90 at the other end. Next, a protective layer 100 is formed. The lead electrode 90 and the protective layer 100 are, for example,
You may make it provide through an adhesion layer, such as nickel (Ni), titanium (Ti), and copper (Cu).

【0063】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、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、図4
(c)に示すように、圧力発生室12、連通部13及び
インク供給路14等を形成する。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, the silicon single crystal substrate was subjected to anisotropic etching using the above-described alkaline solution, and FIG.
As shown in (c), the pressure generating chamber 12, the communication section 13, the ink supply path 14, and the like are formed.

【0064】なお、実際には、このような一連の膜形成
及び異方性エッチングによって、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。そして、分割した流路形成基板10に、後述する
リザーバ形成基板30及びコンプライアンス基板40を
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 practice, a number of chips are simultaneously formed on one wafer by such a series of film formation and anisotropic etching, and after the process, one chip as shown in FIG. It is divided for each flow path forming substrate 10 having a size. Then, a reservoir forming substrate 30 and a compliance substrate 40, which will be described later, are sequentially bonded and integrated with the divided flow path forming substrate 10 to form an ink jet recording head.

【0065】すなわち、図1及び図2に示すように、圧
力発生室12等が形成された流路形成基板10の圧電素
子300側には、リザーバ110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、こ
のリザーバ部31が、弾性膜50及び下電極膜60を貫
通して設けられる貫通孔51を介して流路形成基板10
の連通部13と連通され、各圧力発生室12の共通のイ
ンク室となるリザーバ110が構成されている。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, a reservoir section 31 constituting at least a part of the reservoir 110 is provided on the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate 10 in which the pressure generating chambers 12 and the like are formed. The reservoir forming substrate 30 is joined. In the present embodiment, the reservoir portion 31 is formed so as to penetrate the reservoir forming substrate 30 in the thickness direction and to extend in the width direction of the pressure generating chamber 12. Then, the reservoir portion 31 is formed through the elastic film 50 and the lower electrode film 60 through a through hole 51 provided through the flow path forming substrate 10.
And a reservoir 110 that communicates with the communication portion 13 of the pressure generating chamber 12 and serves as a common ink chamber for each pressure generating chamber 12.

【0066】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、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, 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 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, even when bonding is performed at a high temperature using a thermosetting adhesive, both can be reliably bonded. Therefore, the manufacturing process can be simplified.

【0067】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11
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110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 11 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 110 is sealed only with the sealing film 41 having flexibility, and the internal pressure changes. Thus, the flexible portion 32 is deformable.

【0068】また、このリザーバ110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
110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110の側壁とを連通するイ
ンク導入路36が設けられている。
Further, an ink introduction port 35 for supplying ink to the reservoir 110 is formed on the compliance substrate 40 substantially outside the central portion in the longitudinal direction of the reservoir 110. 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 110.

【0069】一方、リザーバ形成基板30の圧電素子3
00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は、この
圧電素子保持部33内に密封され、大気中の水分等の外
部環境に起因する圧電素子300の破壊を防止してい
る。
On the other hand, the piezoelectric element 3 of the reservoir forming substrate 30
A piezoelectric element holding portion 33 that seals the space is provided in a region opposed to 00 while securing a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300. At least the piezoelectric active portion 320 of the piezoelectric element 300 is sealed in the piezoelectric element holding portion 33 to prevent the piezoelectric element 300 from being destroyed due to an external environment such as moisture in the atmosphere.

【0070】なお、このように構成したインクジェット
式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続
したインク導入口42からインクを取り込み、共通イン
ク室31からノズル開口11に至るまで内部をインクで
満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号
に従い、上電極膜80と下電極膜60との間に電圧を印
加し、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体層70をた
わみ変形させることにより、圧力発生室12内の圧力が
高まりノズル開口11からインク滴が吐出する。
The ink jet recording head thus configured takes in ink from an ink inlet 42 connected to an external ink supply means (not shown) and fills the interior from the common ink chamber 31 to the nozzle opening 11 with ink. After that, a voltage is applied between the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60 in accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), and the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are flexibly deformed. As a result, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle opening 11.

【0071】なお、本実施形態では、圧電体層70及び
上電極膜80を各圧力発生室12に対向する領域にパタ
ーニングして、圧電素子300を各圧力発生室12に対
向する領域に独立して設けるようにしたが、これに限定
されず、例えば、圧電素子300の長手方向端部、すな
わち、圧電体非能動部330が、圧力発生室12の外側
まで延設されていてもよい。
In the present embodiment, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are patterned in the region facing each pressure generating chamber 12 so that the piezoelectric element 300 is independent of the region facing each pressure generating chamber 12. However, the present invention is not limited to this. For example, the longitudinal end of the piezoelectric element 300, that is, the piezoelectric inactive portion 330 may extend to the outside of the pressure generating chamber 12.

【0072】(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.

【0073】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6は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。
The ink jet recording head of each of the embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the ink jet recording apparatus.

【0074】図6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. 6, 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.

【0075】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。
Then, the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears (not shown) and the timing belt 7, 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.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、圧電
体能動部と下電極膜を除去することによって形成された
圧電体非能動部とを有する圧電素子が圧力発生室に対向
する領域に形成されると共に上電極から周壁上に電極配
線が延設され、且つ圧力発生室の長手方向の少なくとも
隅部がこの電極配線を構成する導電層と同一の電極構成
層で覆われるようにしたので、圧力発生室の長手方向縁
部の振動板の剛性が向上し、圧電素子の駆動による変形
によって振動板にクラック等が発生するのを防止するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, the piezoelectric element having the piezoelectric active portion and the piezoelectric non-active portion formed by removing the lower electrode film is provided in the region facing the pressure generating chamber. The electrode wiring is formed on the peripheral wall from the upper electrode, and at least the corner in the longitudinal direction of the pressure generating chamber is covered with the same electrode configuration layer as the conductive layer constituting the electrode wiring. In addition, the rigidity of the diaphragm at the longitudinal edge of the pressure generating chamber is improved, and it is possible to prevent cracks and the like from occurring in the diaphragm due to deformation due to driving of the piezoelectric element.

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

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

【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの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
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.

【図4】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及び断面図である。
FIG. 5 is a plan view and a cross-sectional view of an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention.

【図6】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. 6 is a schematic diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 11 隔壁 12 圧力発生室 13 連通部 14 インク供給路 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 100 保護層 300 圧電素子 320 圧電体能動部 330 圧電体非能動部 REFERENCE SIGNS LIST 10 flow path forming substrate 11 partition wall 12 pressure generating chamber 13 communication section 14 ink supply path 20 nozzle plate 30 reservoir forming substrate 40 compliant substrate 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric layer 80 upper electrode film 90 lead electrode 100 protective layer 300 Piezoelectric element 320 Piezoelectric active part 330 Piezoelectric non-active part

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成14年2月12日(2002.2.1
2)
[Submission date] February 12, 2002 (2002.2.1
2)

【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】請求項9[Correction target item name] Claim 9

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【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】0029[Correction target item name] 0029

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0029】本発明の第9の態様は、第1〜8の何れか
の態様において、前記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 ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation. An ink jet recording head is formed by a lithography method.

【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】0070[Correction target item name] 0070

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0070】なお、このように構成したインクジェット
式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続
したインク導入口35からインクを取り込み、共通イン
ク室110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、上電極膜80と下電極膜60との間に電圧を
印加し、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体層70を
たわみ変形させることにより、圧力発生室12内の圧力
が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
The ink jet recording head thus configured takes in ink from an ink inlet 35 connected to an external ink supply means (not shown) and fills the interior from the common ink chamber 110 to the nozzle opening 21 with ink. After that, a voltage is applied between the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60 in accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), and the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are flexibly deformed. As a result, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21 .

【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】0071[Correction target item name] 0071

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0071】なお、本実施形態では、圧電体層70及び
上電極膜80を各圧力発生室12に対向する領域にパタ
ーニングして、圧電素子300を各圧力発生室12に対
向する領域に独立して設けるようにしたが、これに限定
されず、例えば、図5に示すように、圧電素子300の
長手方向端部、すなわち、圧電体非能動部330が、圧
力発生室12の外側まで延設されていてもよい。
In the present embodiment, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are patterned in the region facing each pressure generating chamber 12 so that the piezoelectric element 300 is independent of the region facing each pressure generating chamber 12. However, the present invention is not limited to this . For example, as shown in FIG. 5, the longitudinal end of the piezoelectric element 300, that is, the piezoelectric inactive portion 330 extends to the outside of the pressure generating chamber 12. It may be.

【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】図5[Correction target item name] Fig. 5

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図5】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの他の例を示す平面図及び断面図である。
FIG. 5 is a plan view and a cross-sectional view illustrating another example of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図5[Correction target item name] Fig. 5

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図5】 FIG. 5

フロントページの続き Fターム(参考) 2C057 AF68 AF69 AF93 AG12 AG41 AG42 AG44 AG60 AP02 AP14 AP34 AP52 AP57 AQ02 BA04 BA14 Continued on the front page F-term (reference) 2C057 AF68 AF69 AF93 AG12 AG41 AG42 AG44 AG60 AP02 AP14 AP34 AP52 AP57 AQ02 BA04 BA14

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズル開口に連通する圧力発生室と、こ
の圧力発生室に対応する領域に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備
えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧電素子は、前記圧力発生室に対向する領域内に、
実質的な駆動部となる圧電体能動部と、その長手方向両
端部に前記下電極を除去することにより形成され当該圧
電体能動部から連続する前記圧電体層を有するが実質的
に駆動されない圧電体非能動部とを有し、前記上電極か
ら周壁上に電極配線が延設されていると共に、前記圧力
発生室の長手方向両側の少なくとも隅部に対向する領域
の振動板が前記電極配線を構成する導電層と同一の電極
構成層によって覆われていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
1. An ink jet type comprising: a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening; and a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided in a region corresponding to the pressure generating chamber via a diaphragm. In the recording head, the piezoelectric element is located in a region facing the pressure generating chamber,
A piezoelectric element which has a piezoelectric active part serving as a substantial driving part and the piezoelectric layer formed by removing the lower electrode at both ends in the longitudinal direction and continuous from the piezoelectric active part, but is not substantially driven A body non-active portion, electrode wiring is extended from the upper electrode on the peripheral wall, and a diaphragm in a region opposed to at least a corner on both sides in the longitudinal direction of the pressure generating chamber connects the electrode wiring. An ink jet recording head, which is covered with the same electrode constitution layer as a conductive layer to constitute.
【請求項2】 請求項1において、前記圧電体層は、結
晶が優先配向していることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein crystals of the piezoelectric layer are preferentially oriented.
【請求項3】 請求項2において、前記圧電体層は、結
晶が柱状となっていることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
3. The ink-jet recording head according to claim 2, wherein the piezoelectric layer has a columnar crystal.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記圧
電素子を構成する少なくとも圧電体層が、前記圧力発生
室に対向する領域内に独立して形成されていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッド。
4. The ink-jet apparatus according to claim 1, wherein at least the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is formed independently in a region facing the pressure generating chamber. Type recording head.
【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記圧
電素子の長手方向両端部近傍が前記電極構成層で覆われ
ていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the vicinity of both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric element is covered with the electrode constituting layer.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記下
電極は複数の圧電素子に亘って形成され、且つ前記下電
極の少なくとも前記圧力発生室の前記電極配線とは反対
の端部側には、当該下電極を除去した下電極除去部が各
圧力発生室毎に形成され、且つ前記電極構成層が、前記
下電極除去部内のみに形成されていることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッド。
6. The lower electrode according to claim 1, wherein the lower electrode is formed over a plurality of piezoelectric elements, and at least an end of the lower electrode opposite to the electrode wiring of the pressure generating chamber. An ink jet recording head, wherein a lower electrode removing portion from which the lower electrode is removed is formed for each pressure generating chamber, and the electrode constituent layer is formed only in the lower electrode removing portion. .
【請求項7】 請求項6において、前記下電極除去部
が、略矩形形状を有することを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッド。
7. The ink jet recording head according to claim 6, wherein the lower electrode removing section has a substantially rectangular shape.
【請求項8】 請求項1〜7の何れかにおいて、前記電
極構成層は、前記下電極よりも剛性が高いことを特徴と
するインクジェット式記録ヘッド。
8. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said electrode constituting layer has higher rigidity than said lower electrode.
【請求項9】 請求項1〜8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。
9. 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10】 請求項1〜9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。
10. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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