JP2002187271A - Ink jet recording head and ink jet recording device - Google Patents

Ink jet recording head and ink jet recording device

Info

Publication number
JP2002187271A
JP2002187271A JP2000386891A JP2000386891A JP2002187271A JP 2002187271 A JP2002187271 A JP 2002187271A JP 2000386891 A JP2000386891 A JP 2000386891A JP 2000386891 A JP2000386891 A JP 2000386891A JP 2002187271 A JP2002187271 A JP 2002187271A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
pressure generating
ink jet
recording head
jet recording
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000386891A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuto Shimada
勝人 島田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2000386891A priority Critical patent/JP2002187271A/en
Priority claimed from EP01124252A external-priority patent/EP1199171A3/en
Publication of JP2002187271A publication Critical patent/JP2002187271A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head and an ink jet recording device, which prevent a diaphragm from being destroyed by the drive of a piezoelectric element. SOLUTION: The ink jet recording head is provided with a pressure generating chamber 12 communicating with a nozzle opening, a lower electrode 60 provided via the diaphragm in a region corresponding to the chamber 12, and the piezoelectric element 300 composed of a piezoelectric body layer 70 and an upper electrode 80. A lead electrode 90, which is extended from the upper electrode 80 to a section on a peripheral wall, is provided on the side of one longitudinal end of the chamber 12. In a region facing the chamber 12, there are provided a piezoelectric body active part 320, wherein the piezoelectric element 300 serves as a substantial drive part, and a piezoelectric body inactive part 330 which is installed at least on the side of the other longitudinal end of the chamber 12 and not driven substantially in spite of the possession of the layer 70 continuing from the active part 320. In addition, the inactive part 330 is extended outside the region facing the chamber 12. Consequently, stiffness is enhanced in the diaphragm near the longitudinal end of the chamber 12.

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】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子の
駆動による繰り返し変形によって、振動板にクラック等
が発生するという問題がある。特に、圧力発生室の長手
方向端部近傍の領域は、圧電素子の駆動による変形量が
大きいため、クラック等の破壊が生じ易い。
However, the above-described ink jet recording head has a problem that cracks or the like are generated on the diaphragm due to repeated deformation by driving of the piezoelectric element. In particular, in the region near the longitudinal end of the pressure generating chamber, the amount of deformation due to the driving of the piezoelectric element is large, so that cracks and the like are likely to be broken.

【0007】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。
[0007] 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 breakage of a diaphragm due to driving of a piezoelectric element.

【0008】[0008]

【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
を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記
圧力発生室の長手方向一端部側に前記上電極から周壁上
に延設されるリード電極を有すると共に、前記圧電素子
が実質的な駆動部となる圧電体能動部と少なくとも前記
圧力発生室の長手方向他端部側に設けられ前記圧電体能
動部から連続する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前記圧力発生室に対向する領域
に有し、且つ該圧電体非能動部が前記圧力発生室に対向
する領域外まで延設されていることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention 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 piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode, a lead electrode extending on the peripheral wall from the upper electrode on one end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber, The piezoelectric element has a piezoelectric active portion serving as a substantial driving portion and a piezoelectric layer provided at least on the other end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber and continuous from the piezoelectric active portion, but is not substantially driven. An ink jet recording method comprising: a piezoelectric non-active portion in a region facing the pressure generating chamber; and the piezoelectric non-active portion extending to an area outside the pressure generating chamber. H Located in.

【0009】かかる第1の態様では、圧力発生室の長手
方向端部近傍の振動板上に、駆動されることのない圧電
体非能動部が形成されているため、振動板の剛性が向上
し、振動板の破壊が防止される。
In the first aspect, since the piezoelectric non-active portion which is not driven is formed on the diaphragm near the longitudinal end of the pressure generating chamber, the rigidity of the diaphragm is improved. Thus, the destruction of the diaphragm is prevented.

【0010】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記圧電体能動部の長手方向両端部に、前記圧力発
生室に対向する領域から領域外まで延設される圧電体非
能動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 second aspect of the present invention, in the first aspect, a piezoelectric non-active member extending from a region facing the pressure generating chamber to an outside of the region at both longitudinal ends of the piezoelectric member. And an ink jet recording head comprising:

【0011】かかる第2の態様では、圧力発生室の長手
方向両端部側で、振動板の破壊が防止される。
In the second aspect, the diaphragm is prevented from being broken at both ends in the longitudinal direction of the pressure generating chamber.

【0012】本発明の第3の態様は、第1又は2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 third aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to the first or second aspect, wherein the piezoelectric layer has crystals preferentially oriented.

【0013】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、結晶が優先配向している。
In the third aspect, as a result of the piezoelectric layer being formed in the thin film process, the crystals are preferentially oriented.

【0014】本発明の第4の態様は、第3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 fourth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to the third aspect, wherein the piezoelectric layer has a columnar crystal.

【0015】かかる第4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 fourth aspect, as a result of the piezoelectric layer being formed in the thin film process, the crystals are columnar.

【0016】本発明の第5の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記圧電体層の膜厚が、0.5〜3μ
mであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
にある。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the piezoelectric layer has a thickness of 0.5 to 3 μm.
m, and m is m.

【0017】かかる第5の態様では、圧電体層の膜厚を
比較的薄くして、ヘッドを小型化することができる。
According to the fifth aspect, the head can be downsized by making the thickness of the piezoelectric layer relatively thin.

【0018】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記圧電体能動部の長手方向他端部側
の圧電体非能動部が、前記下電極を除去することによっ
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 sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the piezoelectric inactive portion on the other end side in the longitudinal direction of the piezoelectric active portion removes the lower electrode. An ink jet recording head is characterized by being formed by:

【0019】かかる第6の態様では、下電極を除去する
ことにより、圧電体非能動部を容易に形成できる。
In the sixth aspect, by removing the lower electrode, the inactive portion of the piezoelectric body can be easily formed.

【0020】本発明の第7の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記圧電体能動部の長手方向他端部側
の圧電体非能動部が、前記上電極を除去することによっ
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 seventh aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the piezoelectric inactive portion on the other end side in the longitudinal direction of the piezoelectric active portion removes the upper electrode. An ink jet recording head is characterized by being formed by:

【0021】かかる第7の態様では、上電極を除去する
ことにより、圧電体非能動部を容易に形成できる。
In the seventh aspect, the piezoelectric inactive portion can be easily formed by removing the upper electrode.

【0022】本発明の第8の態様は、第1〜7の何れか
の態様において、前記圧電体非能動部を構成する前記圧
電体層の少なくとも前記圧力発生室の端部と周壁との境
界を横切る部分近傍の幅が、前記圧力発生室の幅より広
いことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, a boundary between at least an end of the pressure generating chamber and a peripheral wall of the piezoelectric layer constituting the piezoelectric inactive portion. The width in the vicinity of a portion crossing the pressure generating chamber is wider than the width of the pressure generating chamber.

【0023】かかる第8の態様では、圧力発生室の長手
方向端部と周壁との境界部分の振動板が、圧電体非能動
部によって完全に覆われるため、振動板の剛性がより確
実に向上する。
In the eighth aspect, the diaphragm at the boundary between the longitudinal end of the pressure generating chamber and the peripheral wall is completely covered by the piezoelectric inactive portion, so that the rigidity of the diaphragm is more reliably improved. I do.

【0024】本発明の第9の態様は、第1〜8の何れか
の態様において、前記圧電体能動部の長手方向一端部側
の前記圧電体非能動部は、前記下電極を除去することに
よっ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 ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the piezoelectric inactive portion on one end side in the longitudinal direction of the piezoelectric active portion removes the lower electrode. An ink jet recording head is characterized by being formed by:

【0025】かかる第9の態様では、下電極を除去する
ことにより、圧電体非能動部を容易に形成でき、且つリ
ード電極を容易に延設することができる。
In the ninth aspect, by removing the lower electrode, the non-active portion of the piezoelectric body can be easily formed, and the lead electrode can be easily extended.

【0026】本発明の第10の態様は、第1〜9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、前記圧電素子を構成す
る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 tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each of the layers constituting the piezoelectric element is formed by film formation. An ink jet recording head is formed by a lithography method.

【0027】かかる第10の態様では、比較的容易に圧
力発生室を高精度且つ高密度に形成することができる。
In the tenth aspect, the pressure generating chamber can be formed relatively easily with high precision and high density.

【0028】本発明の第11の態様は、第1〜10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 an eleventh 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 tenth aspects.

【0029】かかる第11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 eleventh aspect, it is possible to realize an ink jet recording head having improved durability and reliability of the head.

【0030】[0030]

【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.

【0031】(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.

【0032】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 of (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.

【0033】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。
In the flow path forming substrate 10, pressure generating chambers 12 divided by a plurality of partition walls 11 are provided in parallel in the width direction by anisotropically etching a silicon single crystal substrate, and the pressure generating chambers 12 are provided on the outside in the longitudinal direction. Is a communication part 13 which constitutes a part of a reservoir 100 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.

【0034】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, 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.

【0035】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.

【0036】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.

【0037】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.

【0038】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.

【0039】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0.5〜3μm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 provided on the flow path forming substrate 10, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm and a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.5 to 3 μm. A piezoelectric layer 70 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. 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.

【0040】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.

【0041】図3(a),(b)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、圧力発生室12に対向する領域内の長手方向両端部
近傍でパターニングされている。すなわち、圧電素子3
00は、実質的な駆動部である圧電体能動部320と、
この圧電体能動部320の長手方向両端部にそれぞれ設
けられ、圧電体能動部320と連続する圧電体層70を
有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部330と
を圧力発生室12に対向する領域に有する。また、本実
施形態では、圧電体非能動部330のそれぞれは、圧力
発生室12に対向する領域から圧力発生室12の長手方
向両端部外側の周壁上まで延設されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the lower electrode film 60 constituting a part of the piezoelectric element 300 is continuously formed in a region facing a plurality of pressure generating chambers 12 arranged in parallel. It is provided and is patterned in the vicinity of both ends in the longitudinal direction in a region facing the pressure generating chamber 12. That is, the piezoelectric element 3
00 is a piezoelectric active part 320 which is a substantial driving part;
The piezoelectric inactive portion 330, which is provided at each longitudinal end of the piezoelectric active portion 320 and has the piezoelectric layer 70 continuous with the piezoelectric active portion 320 but is not substantially driven, faces the pressure generating chamber 12. In the area you want. Further, in the present embodiment, each of the piezoelectric inactive portions 330 extends from a region facing the pressure generating chamber 12 to a peripheral wall outside both ends in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12.

【0042】なお、上電極膜80は、圧電体能動部32
0の長手方向一端部近傍から圧電体層70及び弾性膜5
0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。
It should be noted that the upper electrode film 80 is
0, the piezoelectric layer 70 and the elastic film 5
It is connected to an external wiring (not shown) via a lead electrode 90 extending on the reference numeral 0.

【0043】このように、本実施形態では、圧電体能動
部320の長手方向両側に圧電体非能動部330が設け
られ、且つ圧電体非能動部330が圧力発生室12の外
側まで延設されているため、圧力発生室12の長手方向
端部近傍の振動板は、この駆動されない圧電体非能動部
330によって覆われる。したがって、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位によ
っても振動板にクラック等が発生することがなく、耐久
性が向上する。
As described above, in the present embodiment, the piezoelectric non-active portions 330 are provided on both sides in the longitudinal direction of the piezoelectric active portion 320, and the piezoelectric non-active portions 330 extend to the outside of the pressure generating chamber 12. Therefore, the vibrating plate near the longitudinal end of the pressure generating chamber 12 is covered by the non-driven piezoelectric inactive portion 330. Therefore, the rigidity of the diaphragm is improved, and cracks and the like are not generated in the diaphragm even by repeated displacement due to driving of the piezoelectric element 300, and durability is improved.

【0044】また、振動板の剛性が向上するため、圧電
素子300を比較的高い電圧で駆動しても、振動板が破
壊されることがない。したがって、圧電素子300を比
較的高い電圧で駆動して吐出するインク量を増加させ、
印刷速度を向上することができる。
Since the rigidity of the diaphragm is improved, the diaphragm is not broken even when the piezoelectric element 300 is driven at a relatively high voltage. Therefore, the amount of ink ejected by driving the piezoelectric element 300 at a relatively high voltage is increased,
Printing speed can be improved.

【0045】なお、本実施形態では、圧力発生室12の
長手方向両端部にそれぞれ、圧電体非能動部330を設
けるようにしたが、これに限定されず、図3(c)に示
すように、圧電体能動部320のリード電極90の引き
出し側とは反対の端部側、すなわち、圧電素子300の
先端部側のみに圧電体非能動部330を設けるようにし
てもよい。このような構成では、圧電素子300の先端
部側の振動板は、圧電体非能動部330によって剛性が
向上し、リード電極90の引き出し側には振動板上にリ
ード電極90が延設されるため、このリード電極90に
よって振動板の剛性が向上する。
In the present embodiment, the piezoelectric inactive portions 330 are provided at both ends in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12, respectively. However, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. Alternatively, the piezoelectric non-active portion 330 may be provided only on the end of the piezoelectric active portion 320 opposite to the side from which the lead electrode 90 is pulled out, that is, only on the tip end of the piezoelectric element 300. In such a configuration, the rigidity of the diaphragm on the tip end side of the piezoelectric element 300 is improved by the piezoelectric inactive portion 330, and the lead electrode 90 extends on the diaphragm on the lead-out side of the lead electrode 90. Therefore, the rigidity of the diaphragm is improved by the lead electrodes 90.

【0046】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法は、特に限定されないが、その一例を以
下に、図4及び図5を参照して説明する。図4及び図5
は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。
The method of manufacturing such an ink jet recording head is not particularly limited, but one example thereof will be described below with reference to FIGS. 4 and 5
Is a longitudinal sectional view of the pressure generating chamber 12. FIG.

【0047】まず、図4(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. 4A, a wafer of a silicon single crystal substrate serving as a flow path forming
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form an elastic film 50 made of silicon dioxide.

【0048】次に、図4(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を弾性膜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。この下電極膜60の材料としては、白金(Pt)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. 4B, after forming the lower electrode film 60 on the entire surface of the elastic film 50 by sputtering, the lower electrode film 60 is patterned to form an entire pattern. Preferable material for the lower electrode film 60 is platinum (Pt) or the like. This is because it is necessary to crystallize a piezoelectric layer 70 described later formed by a sputtering method or a sol-gel method by firing at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. Because. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity under such a high temperature and oxidizing atmosphere. In particular, when the piezoelectric layer 70 is made of lead zirconate titanate (PZT), It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of lead oxide is small, and for these reasons, platinum is preferred.

【0049】次に、図4(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. 4C, 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.

【0050】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.

【0051】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, unlike the bulk piezoelectric material, the crystal is preferentially oriented in the piezoelectric layer 70 formed in this way, and in the present embodiment, the piezoelectric layer 70 is 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.

【0052】次に、図4(d)に示すように、上電極膜
80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料で
あればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態
では、白金をスパッタリングにより成膜している。
Next, as shown in FIG. 4D, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 only needs to be a material having high conductivity, and can use many metals such as aluminum, gold, nickel, and platinum, and a conductive oxide. In the present embodiment, platinum is formed by sputtering.

【0053】次に、図5(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、圧電体層70及
び上電極膜80を各圧力発生室12毎にパターニングす
ることにより、圧電素子300の下電極膜60が形成さ
れている領域が圧電体能動部320となり、下電極膜6
0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. 5A, 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, by patterning the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 for each pressure generating chamber 12, the region where the lower electrode film 60 of the piezoelectric element 300 is formed becomes the piezoelectric active portion 320, and the lower electrode film 6
The region where 0 is removed becomes the piezoelectric inactive portion 330.

【0054】なお、本実施形態では、圧電体層70及び
上電極膜80と同時に、弾性膜50をエッチングして、
連通部13と後述するリザーバ部31とを連通する連通
孔51を形成する。
In this embodiment, the elastic film 50 is etched simultaneously with the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80,
A communication hole 51 that connects the communication portion 13 and a reservoir portion 31 described later is formed.

【0055】次に、図5(b)に示すように、リード電
極90を形成する。具体的には、例えば、金(Au)等
からなるリード電極90を流路形成基板10の全面に亘
って形成すると共に、各圧電素子300毎にパターニン
グする。
Next, as shown in FIG. 5B, a lead electrode 90 is formed. Specifically, for example, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10 and is patterned for each piezoelectric element 300.

【0056】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、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5
(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, anisotropic etching of the silicon single crystal substrate was performed using the above-described alkali 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.

【0057】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 large number of chips are simultaneously formed on a single wafer by such a series of film formation and anisotropic etching. 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.

【0058】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、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100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 100 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.
The reservoir 100 is configured to communicate with the communication portion 13 of the pressure generating chamber 12 and serve as a common ink chamber for each pressure generating chamber 12.

【0059】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.

【0060】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 an 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.

【0061】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 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 110.

【0062】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 capable of sealing 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.

【0063】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、リザーバ
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 constructed takes in ink from an ink inlet 35 connected to an external ink supply means (not shown) and fills the interior from the reservoir 110 to the nozzle opening 21 with ink. By applying a voltage between the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60 in accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are flexibly deformed. Then, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle opening 21.

【0064】(実施形態2)図6は、実施形態2に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断
面図である。
(Embodiment 2) FIGS. 6A and 6B are a plan view and a sectional view showing a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 2. FIG.

【0065】図6に示すように、本実施形態は、圧力発
生室12のリード電極90とは反対の端部側、すなわ
ち、圧電素子300の先端部側に設けられる圧電体非能
動部330Aが上電極膜80を除去することにより形成
されている例である。
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the piezoelectric body non-active portion 330A provided at the end of the pressure generating chamber 12 opposite to the lead electrode 90, that is, at the tip of the piezoelectric element 300 is provided. This is an example formed by removing the upper electrode film 80.

【0066】すなわち、本実施形態では、下電極膜60
は、圧電素子300の先端部側では、圧力発生室12内
でパターニングされることなく圧力発生室12の外側の
周壁上に亘って連続的に形成されている。そして、圧電
素子300の先端部側では、上電極膜80が、圧力発生
室12に対向する領域内でパターニングされ、上電極膜
80の端部が、圧電体能動部320と圧電体非能動部3
30との境界となっている。
That is, in the present embodiment, the lower electrode film 60
Are formed continuously on the outer peripheral wall of the pressure generating chamber 12 without being patterned in the pressure generating chamber 12 on the tip end side of the piezoelectric element 300. On the tip end side of the piezoelectric element 300, the upper electrode film 80 is patterned in a region facing the pressure generating chamber 12, and the ends of the upper electrode film 80 are divided into the piezoelectric active portion 320 and the piezoelectric non-active portion. 3
It is the boundary with 30.

【0067】このように、上電極膜80を除去すること
によって圧電体非能動部330Aを形成するようにして
も、実施形態1と同様に、圧力発生室12の長手方向端
部近傍の振動板の剛性が向上され、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, even when the piezoelectric inactive portion 330A is formed by removing the upper electrode film 80, the diaphragm near the longitudinal end of the pressure generating chamber 12 can be formed similarly to the first embodiment. Of the diaphragm can be prevented, and the occurrence of cracks or the like in the diaphragm can be prevented.

【0068】(実施形態3)図7は、実施形態3に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図であ
る。
(Embodiment 3) FIG. 7 is a plan view showing a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 3. FIG.

【0069】本実施形態は、図7に示すように、圧電体
非能動部330の圧力発生室12と周壁との境界を横切
る部分に、圧力発生室12の幅よりも広い幅広部330
aを設けるようにした以外は、実施形態1と同様であ
る。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, a portion of the piezoelectric inactive portion 330 that crosses the boundary between the pressure generating chamber 12 and the peripheral wall has a wide portion 330 wider than the width of the pressure generating chamber 12.
It is the same as the first embodiment except that a is provided.

【0070】このような本実施形態の構成では、圧力発
生室12の長手方向端部近傍の振動板が圧電体非能動部
330によって完全に覆われるため、振動板の剛性がよ
り確実に向上し、圧電素子300の駆動によるクラック
等の発生を確実に防止することができる。
In the structure of this embodiment, the vibrating plate near the longitudinal end of the pressure generating chamber 12 is completely covered by the non-piezoelectric member 330, so that the rigidity of the vibrating plate is more reliably improved. In addition, the occurrence of cracks and the like due to the driving of the piezoelectric element 300 can be reliably prevented.

【0071】なお、本実施形態では、下電極膜60を除
去することにより圧電体非能動部330を形成するよう
にしたが、勿論、上電極膜80を除去することにより圧
電体非能動部330を形成するようにしてもよい。
In this embodiment, the piezoelectric non-active portion 330 is formed by removing the lower electrode film 60. However, the piezoelectric non-active portion 330 is formed by removing the upper electrode film 80. May be formed.

【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】例えば、上述の実施形態では、下電極膜6
0又は上電極膜80を除去することにより、圧電体非能
動部330を形成するようにしたが、これに限定され
ず、例えば、圧電体層70と上電極膜80との間に低誘
電絶縁層を設けることによって形成してもよく、さらに
は、圧電体層70に部分的にドーピング等を行って不活
性とすることによって形成してもよい。
For example, in the above embodiment, the lower electrode film 6
The piezoelectric non-active portion 330 is formed by removing the zero or upper electrode film 80, but the present invention is not limited to this. For example, a low dielectric insulating material is provided between the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80. It may be formed by providing a layer, or may be formed by partially doping the piezoelectric layer 70 to make it inactive.

【0074】また、以上説明した各実施形態は、成膜及
びリソグラフィプロセスを応用することにより製造でき
る薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、
勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積
層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシ
ートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体層を
形成するもの、又は水熱法等の結晶成長により圧電体層
を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録
ヘッドに本発明を採用することができる。
In each of the embodiments described above, a thin film type ink jet recording head which can be manufactured by applying a film forming and lithography process is described as an example.
Of course, the present invention is not limited to this. For example, a structure in which substrates are stacked to form a pressure generating chamber, a structure in which a green sheet is attached or a piezoelectric layer is formed by screen printing, or a crystal formed by a hydrothermal method or the like The present invention can be applied to ink jet recording heads having various structures, such as one that forms a piezoelectric layer by growth.

【0075】このように、本発明は、その趣旨に反しな
い限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。
As described above, the present invention can be applied to ink-jet recording heads having various structures, as long as the spirit of the present invention is not contradicted.

【0076】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8、そ
のインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。
The ink jet recording head of each of these embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. FIG. 8 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

【0077】図8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. 8, the recording head units 1A and 1B having ink jet recording heads are provided with detachable cartridges 2A and 2B constituting ink supply means.
The carriage 3 on which B is mounted is provided movably in the axial direction on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4. The recording head units 1A and 1B are, for example,
Each of them ejects a black ink composition and a color ink composition.

【0078】そして、駆動モータ6の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリ
ッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及
び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿っ
て移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ3に沿
ってプラテン8が設けられている。このプラテン8は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記
録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられ
て搬送されるようになっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage 3. The platen 8 can be rotated by a driving force of a paper feed motor (not shown), and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller, is wound around the platen 8 and conveyed. It has become so.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧力発生室の少なくともリード電極の引き出し側とは反
対の端部側に、圧電体能動部から連続する圧電体非能動
部を設けることにより、圧力発生室の長手方向端部近傍
の振動板の剛性が向上し、圧電素子の駆動による繰り返
し変形によっても、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,
By providing a piezoelectric inactive portion continuous from the piezoelectric active portion at least on the end side of the pressure generating chamber opposite to the lead electrode extraction side, the rigidity of the diaphragm near the longitudinal end of the pressure generating chamber is increased. Thus, cracks and the like can be prevented from being generated in the diaphragm even by repeated 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
録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention.

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

【図3】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a main part of the inkjet recording head according to the first embodiment of the invention.

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

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

【図6】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a main part of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態3に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view illustrating a main part of an ink jet recording head according to a third embodiment of the invention.

【図8】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. 8 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 20 ノズルプレート 21 ノズル開口 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 300 圧電素子 320 圧電体能動部 330,330A 圧電体非能動部 330a 幅広部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path forming substrate 11 Partition wall 12 Pressure generating chamber 20 Nozzle plate 21 Nozzle opening 50 Elastic film 60 Lower electrode film 70 Piezoelectric layer 80 Upper electrode film 90 Lead electrode 300 Piezoelectric element 320 Piezoelectric active part 330, 330A Piezoelectric non-active Part 330a wide part

Claims (11)

【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を具備
するインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧力発生室の長手方向一端部側に前記上電極から周
壁上に延設されるリード電極を有すると共に、前記圧電
素子が実質的な駆動部となる圧電体能動部と少なくとも
前記圧力発生室の長手方向他端部側に設けられ前記圧電
体能動部から連続する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前記圧力発生室に対向する
領域に有し、且つ該圧電体非能動部が前記圧力発生室に
対向する領域外まで延設されていることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。
1. An ink jet type comprising: a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening; and a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided in a region corresponding to the pressure generating chamber via a vibration plate. In the recording head, a lead electrode extending from the upper electrode to the peripheral wall is provided on one end side of the pressure generating chamber in the longitudinal direction, and the piezoelectric element is a piezoelectric active part that is substantially a driving part, and at least the piezoelectric active part. A piezoelectric non-active portion which is provided on the other longitudinal end side of the pressure generating chamber and has a piezoelectric layer continuous from the piezoelectric active portion, but is not substantially driven, in a region opposed to the pressure generating chamber; An ink jet recording head, wherein the non-active portion of the piezoelectric body extends to an outside of a region facing the pressure generating chamber.
【請求項2】 請求項1において、前記圧電体能動部の
長手方向両端部に、前記圧力発生室に対向する領域から
領域外まで延設される圧電体非能動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。
2. The piezoelectric element according to claim 1, further comprising: a piezoelectric non-active portion extending from a region facing the pressure generating chamber to an outside of the region at both longitudinal ends of the piezoelectric active portion. Ink jet recording head.
【請求項3】 請求項1又は2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。
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein crystals of the piezoelectric layer are preferentially oriented.
【請求項4】 請求項3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。
4. The ink jet recording head according to claim 3, wherein the piezoelectric layer has a columnar crystal.
【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記圧
電体層の膜厚が、0.5〜3μmであることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the thickness of the piezoelectric layer is 0.5 to 3 μm.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記圧
電体能動部の長手方向他端部側の圧電体非能動部が、前
記下電極を除去することによっ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。
6. The piezoelectric active portion according to claim 1, wherein the piezoelectric non-active portion on the other end in the longitudinal direction of the piezoelectric active portion is formed by removing the lower electrode. Inkjet recording head.
【請求項7】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記圧
電体能動部の長手方向他端部側の圧電体非能動部が、前
記上電極を除去することによっ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。
7. The piezoelectric active part according to claim 1, wherein the piezoelectric non-active part on the other end side in the longitudinal direction of the piezoelectric active part is formed by removing the upper electrode. Inkjet recording head.
【請求項8】 請求項1〜7の何れかにおいて、前記圧
電体非能動部を構成する前記圧電体層の少なくとも前記
圧力発生室の端部と周壁との境界を横切る部分近傍の幅
が、前記圧力発生室の幅より広いことを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッド。
8. The piezoelectric device according to claim 1, wherein a width of at least a portion of the piezoelectric layer constituting the non-piezoelectric active portion in the vicinity of a portion crossing a boundary between an end of the pressure generating chamber and a peripheral wall is: An ink jet recording head, which is wider than the pressure generating chamber.
【請求項9】 請求項1〜8の何れかにおいて、前記圧
電体能動部の長手方向一端部側の前記圧電体非能動部
は、前記下電極を除去することによって形成されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
9. The piezoelectric non-active portion at one end in the longitudinal direction of the piezoelectric active portion according to any one of claims 1 to 8, wherein the piezoelectric non-active portion is formed by removing the lower electrode. Inkjet recording head.
【請求項10】 請求項1〜9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、前記圧電素子を構成する各層が成膜及び
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。
10. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching on a silicon single crystal substrate, and each layer constituting the piezoelectric element is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head, characterized in that:
【請求項11】 請求項1〜10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。
11. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
JP2000386891A 2000-12-20 2000-12-20 Ink jet recording head and ink jet recording device Pending JP2002187271A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000386891A JP2002187271A (en) 2000-12-20 2000-12-20 Ink jet recording head and ink jet recording device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000386891A JP2002187271A (en) 2000-12-20 2000-12-20 Ink jet recording head and ink jet recording device
EP01124252A EP1199171A3 (en) 2000-10-16 2001-10-16 Ink-jet recording head and ink-jet recording apparatus
US09/977,197 US6869170B2 (en) 2000-10-16 2001-10-16 Ink-jet recording head having a vibration plate prevented from being damaged and ink-jet recording apparatus for using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002187271A true JP2002187271A (en) 2002-07-02

Family

ID=18853920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000386891A Pending JP2002187271A (en) 2000-12-20 2000-12-20 Ink jet recording head and ink jet recording device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002187271A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005532199A (en) * 2002-07-03 2005-10-27 スペクトラ インコーポレイテッド Print head
US7625073B2 (en) 2005-06-16 2009-12-01 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head and recording device
US7988247B2 (en) 2007-01-11 2011-08-02 Fujifilm Dimatix, Inc. Ejection of drops having variable drop size from an ink jet printer
US8459768B2 (en) 2004-03-15 2013-06-11 Fujifilm Dimatix, Inc. High frequency droplet ejection device and method
US9381740B2 (en) 2004-12-30 2016-07-05 Fujifilm Dimatix, Inc. Ink jet printing

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005532199A (en) * 2002-07-03 2005-10-27 スペクトラ インコーポレイテッド Print head
US8162466B2 (en) 2002-07-03 2012-04-24 Fujifilm Dimatix, Inc. Printhead having impedance features
US8459768B2 (en) 2004-03-15 2013-06-11 Fujifilm Dimatix, Inc. High frequency droplet ejection device and method
US9381740B2 (en) 2004-12-30 2016-07-05 Fujifilm Dimatix, Inc. Ink jet printing
US7625073B2 (en) 2005-06-16 2009-12-01 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head and recording device
US8033653B2 (en) 2005-06-16 2011-10-11 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head and recording device
US7988247B2 (en) 2007-01-11 2011-08-02 Fujifilm Dimatix, Inc. Ejection of drops having variable drop size from an ink jet printer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3491688B2 (en) Ink jet recording head
JP2004001431A (en) Liquid ejection head and liquid ejector
JP4340048B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP2002210965A (en) Nozzle plate, ink jet recording head and ink jet recorder
JP3555653B2 (en) Ink jet recording head and method of manufacturing the same
JP3543933B2 (en) Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP2002046281A (en) Ink jet recording head and its manufacturing method and ink jet recorder
JP2001260357A (en) Ink-jet type recording head and ink-jet type recording apparatus
JP2001287363A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP3636301B2 (en) Inkjet recording head
JP2000263785A (en) Actuator apparatus and its manufacture and ink jet type recording head and ink jet type recording apparatus
JP2003341056A (en) Liquid ejection head, its manufacturing process and liquid ejector
JP2002187271A (en) Ink jet recording head and ink jet recording device
JP2003118110A (en) Ink-jet recording head and ink-jet recorder
JP3786178B2 (en) Inkjet recording head, method for manufacturing the same, and inkjet recording apparatus
JP4120761B2 (en) Inkjet recording head and inkjet recording apparatus
JP2002086717A (en) Ink-jet recording head and ink-jet recording apparatus
JP2000246896A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP2003251805A (en) Inkjet recording head and inkjet recorder
JP3485014B2 (en) Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP2000272125A (en) Actuator device and its manufacture and ink jet type recording head and ink jet type recording apparatus
JP2001270113A (en) Ink-jet recording head and ink-jet recorder
JP3882898B2 (en) Method for manufacturing ink jet recording head
JP2001287362A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP2002254640A (en) Ink jet recording head, its manufacturing method and ink jet recorder