JP2003237076A - Ink-jet recording head and ink-jet recording apparatus - Google Patents

Ink-jet recording head and ink-jet recording apparatus

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JP2003237076A
JP2003237076A JP2002041984A JP2002041984A JP2003237076A JP 2003237076 A JP2003237076 A JP 2003237076A JP 2002041984 A JP2002041984 A JP 2002041984A JP 2002041984 A JP2002041984 A JP 2002041984A JP 2003237076 A JP2003237076 A JP 2003237076A
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JP
Japan
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jet recording
ink jet
recording head
forming substrate
ink
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002041984A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shiro Yazaki
士郎 矢崎
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink-jet recording head capable of always maintaining the ink ejecting characteristic preferably and achieving miniaturization, and an ink-jet recording apparatus. <P>SOLUTION: In an ink-jet recording head comprising a channel forming substrate 10 of a silicon single crystal substrate with a pressure generating chamber 12 communicating with a nozzle opening formed, and a piezoelectric element 300 provided on one surface side of the channel forming substrate 10 via a diaphragm for generating pressure change in the pressure generating chamber 12, a plurality of recessed parts 51 are provided in the diaphragm in the area facing the peripheral wall of the pressure generating chamber 12 for exposing the surface of the channel forming substrate 10 such that a connection wiring 65 for electrically connecting a common electrode 60 provided commonly for a plurality of the piezoelectric elements 300 and the channel forming substrate 10 is provided in the recessed parts 51 so as to substantially lower the resistance value of the common electrode 60. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
2種類が実用化されている。
2. Description of the Related Art A part of a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening for ejecting ink droplets is composed of a vibrating plate, and the vibrating plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize ink in the pressure generating chamber to eject it from the nozzle opening. Two types of inkjet recording heads that eject ink droplets have been put into practical use: one that uses a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of a piezoelectric element, and one that uses 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。
The former allows the volume of the pressure generating chamber to be changed by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the vibrating plate, and a head suitable for high-density printing can be manufactured. There is a problem in that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the array pitch of the openings and cutting into comb teeth or a work of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are required.

【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, the piezoelectric element can be formed on the vibration plate by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material in conformity with the shape of the pressure generating chamber and firing it. However, due to the use of flexural vibration, a certain area is required, and there is a problem 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 eliminate the disadvantage of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-286131. It has been proposed that the piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chamber by a lithographic 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高密度に作り付けることがで
きるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆
動が可能になるという利点がある。
According to this, the work of attaching the piezoelectric element to the diaphragm becomes unnecessary, and not only the piezoelectric element can be densely formed by a precise and simple method such as a lithography method, but also the piezoelectric element. The advantage is that the thickness can be reduced and high speed driving is possible.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電素
子を高密度に配列したインクジェット式記録ヘッドで
は、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を
一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変
位量が不安定となり、インク吐出特性が低下するという
問題がある。
However, in the ink jet recording head in which the piezoelectric elements are arranged in high density, when a large number of piezoelectric elements are simultaneously driven to eject a large number of ink droplets, a voltage drop occurs. As a result, the amount of displacement of the piezoelectric element becomes unstable and the ink ejection characteristics deteriorate.

【0008】このような問題は、共通電極の厚さを厚く
して共通電極の抵抗値を低くすることによって解消する
ことができるが、圧電素子の駆動による振動板の変位が
妨げられ、インク滴の吐出量が低下するという問題があ
る。
Although such a problem can be solved by increasing the thickness of the common electrode and lowering the resistance value of the common electrode, the displacement of the vibrating plate due to the driving of the piezoelectric element is hindered and the ink droplets are prevented. There is a problem that the discharge amount of

【0009】また、共通電極の面積を広げて共通電極の
抵抗値を低くすることによっても解消することができる
が、共通電極の面積を広げるにはヘッド自体の面積を広
げる必要があり、ヘッドが大型化してしまうという問題
がある。
This can also be solved by widening the area of the common electrode to lower the resistance value of the common electrode. However, in order to widen the area of the common electrode, it is necessary to widen the area of the head itself. There is a problem that it becomes large.

【0010】本発明はこのような事情に鑑み、インク吐
出特性を常に良好に保持でき且つ小型化を図ることので
きるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式
記録装置を提供することを課題とする。
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus which can always maintain good ink ejection characteristics and can be downsized.

【0011】[0011]

【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、シリコン単結晶基板からなりノズル
開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板
と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けら
れて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子
とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前
記圧力発生室の周壁に対向する領域の前記振動板を貫通
して設けられ前記流路形成基板の表面を露出する複数の
凹部を有すると共に、該凹部内に複数の圧電素子に共通
する共通電極と前記流路形成基板とを電気的に接続する
接続配線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 first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is to provide a flow channel forming substrate in which a pressure generating chamber is formed which is made of a silicon single crystal substrate and communicates with a nozzle opening, and the flow channel. In an ink jet recording head including a piezoelectric element that is provided on one surface side of a formation substrate via a vibration plate to generate a pressure change in the pressure generating chamber, the vibration in a region facing a peripheral wall of the pressure generating chamber. The flow path forming substrate has a plurality of recesses that penetrate the plate and expose the surface of the flow path forming substrate, and electrically connects the common electrode common to the plurality of piezoelectric elements to the flow path forming substrate. The inkjet recording head is characterized by having a connection wiring.

【0012】かかる第1の態様では、圧電素子の共通電
極が、接続配線によってシリコン単結晶基板からなる流
路形成基板と電気的に接続されているため、共通電極の
実質的な抵抗値が低下する。これにより、複数の圧電素
子に同時に電圧を印加しても電圧降下が生じることがな
く、インク吐出特性を常に良好に保持することができ
る。
In the first aspect, since the common electrode of the piezoelectric element is electrically connected to the flow path forming substrate made of the silicon single crystal substrate by the connection wiring, the substantial resistance value of the common electrode is lowered. To do. As a result, even if a voltage is applied to a plurality of piezoelectric elements at the same time, a voltage drop does not occur, and it is possible to always maintain good ink ejection characteristics.

【0013】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記接続配線が前記共通電極と同一材料からなるこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
A second aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the first aspect, wherein the connection wiring is made of the same material as the common electrode.

【0014】かかる第2の態様では、配線電極によって
共通電極と流路形成基板とを確実に電気的に接続でき、
且つ配線電極を容易に形成できる。
In the second aspect, the common electrode and the flow path forming substrate can be reliably electrically connected by the wiring electrode,
Moreover, the wiring electrode can be easily formed.

【0015】本発明の第3の態様は、第2の態様におい
て、前記接続配線が前記共通電極と連続して形成されて
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。
A third aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the second aspect, characterized in that the connection wiring is formed continuously with the common electrode.

【0016】かかる第3の態様では、接続配線を共通電
極と同時に形成することができ、製造工程を煩雑化する
ことなく接続配線を形成できる。
In the third aspect, the connection wiring can be formed simultaneously with the common electrode, and the connection wiring can be formed without complicating the manufacturing process.

【0017】本発明の第4の態様は、第1において、前
記接続配線が前記圧電素子の個別電極から引き出される
引き出し配線と同一材料で形成されていることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドにある。
A fourth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the first aspect, characterized in that the connection wiring is made of the same material as that of the lead wiring drawn from the individual electrode of the piezoelectric element. .

【0018】かかる第4の態様では、接続配線を引き出
し配線と同時に形成することができ、製造工程を煩雑化
することなく接続配線を形成できる。
In the fourth aspect, the connection wiring can be formed simultaneously with the lead-out wiring, and the connection wiring can be formed without complicating the manufacturing process.

【0019】本発明の第5の態様は、第1〜4の何れか
態様において、前記凹部のそれぞれが、約1mm以下の
間隔で配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。
A fifth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to fourth aspects, characterized in that each of the recesses is arranged at intervals of about 1 mm or less. .

【0020】かかる第5の態様では、共通電極の抵抗値
を確実に低下させることができる。
In the fifth aspect, the resistance value of the common electrode can be surely reduced.

【0021】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記凹部の内径が当該凹部の深さより
も大きいことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
にある。
A sixth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to fifth aspects, characterized in that the inner diameter of the recess is larger than the depth of the recess.

【0022】かかる第6の態様では、接続配線を比較的
容易に形成でき、且つ共通電極と流路形成基板とを電気
的に確実に接続することができる。
In the sixth aspect, the connection wiring can be formed relatively easily, and the common electrode and the flow path forming substrate can be electrically connected reliably.

【0023】本発明の第7の態様は、第1〜6の何れか
において、前記共通電極が、成膜及びリソグラフィ法に
より形成され、その膜厚が0.1〜0.5μmであるこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the common electrode is formed by film formation and a lithographic method, and the film thickness is 0.1 to 0.5 μm. It is a characteristic inkjet recording head.

【0024】かかる第7の態様では、共通電極によって
振動板の変位を阻害することがなく、安定したインク吐
出特性が得られる。
In the seventh aspect, stable ink ejection characteristics can be obtained without hindering the displacement of the diaphragm by the common electrode.

【0025】本発明の第8の態様は、第1〜7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。
An eighth aspect of the present invention is an ink jet recording apparatus including the ink jet recording head according to any one of the first to seventh aspects.

【0026】かかる第8の態様では、安定したインク吐
出特性が得られ信頼性を向上したインクジェット式記録
装置を実現できる。
According to the eighth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus having stable ink ejection characteristics and improved reliability.

【0027】[0027]

【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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below based on embodiments.

【0028】(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.

【0029】図示するように、流路形成基板10は、本
実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板10としては、通常、50〜30
0μm程度の厚さのものが用いられる。例えば、圧力発
生室の配列密度を1インチあたり180個とした場合、
流路形成基板10としては、望ましくは180〜280
μm程度、より望ましくは220μm程度の厚さの基板
を用いるのが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. The flow path forming substrate 10 is usually 50 to 30.
A film having a thickness of about 0 μm is used. For example, when the array density of the pressure generating chambers is 180 per inch,
The flow path forming substrate 10 is preferably 180 to 280.
It is preferable to use a substrate having a thickness of about μm, more preferably about 220 μm. This is because the array density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.

【0030】流路形成基板10の一方の面は開口面とな
り、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリ
コンからなる、厚さ1〜2μmの弾性膜50が形成され
ている。
One surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and the other surface is provided with an elastic film 50 made of silicon dioxide formed by thermal oxidation in advance and having a thickness of 1 to 2 μm.

【0031】一方、流路形成基板10の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
複数の隔壁11により区画された圧力発生室12が幅方
向に並設され、その長手方向外側には、後述するリザー
バ形成基板30のリザーバ部31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。
On the other hand, the opening surface of the flow path forming substrate 10 is anisotropically etched to form a silicon single crystal substrate.
The pressure generating chambers 12 partitioned by the plurality of partition walls 11 are arranged side by side in the width direction, and on the outer side in the longitudinal direction, the pressure generating chambers 12 communicate with the reservoir portion 31 of the reservoir forming substrate 30 described later, and the common ink of each pressure generating chamber 12 is provided. A communication portion 13 that forms a part of the reservoir 100 that serves as a chamber is formed, and communicates with one end portion in the longitudinal direction of each pressure generation chamber 12 via an ink supply passage 14.

【0032】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われ
る。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をK
OH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(11
0)面と約35度の角度をなす第2の(111)面とが
出現し、(110)面のエッチングレートと比較して
(111)面のエッチングレートが約1/180である
という性質を利用して行われる。かかる異方性エッチン
グにより、二つの第1の(111)面と斜めの二つの第
2の(111)面とで形成される平行四辺形状の深さ加
工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室
12を高密度に配列することができる。
Here, the anisotropic etching is carried out by utilizing the difference in etching rate of the silicon single crystal substrate. For example, in this embodiment, the silicon single crystal substrate is set to K.
When it is dipped in an alkaline solution such as OH, it is gradually eroded and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane
Forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane of
A second (111) plane that makes an angle of about 35 degrees with the (0) plane appears, and the etching rate of the (111) plane is about 1/180 of the etching rate of the (110) plane. Is done using. By such anisotropic etching, it is possible to perform precision machining based on the depth machining of the parallelogram shape formed by the two first (111) planes and the two diagonal second (111) planes. The pressure generating chambers 12 can be arranged in high density.

【0033】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 in the flow path forming substrate 1
It is formed by etching through almost 0 to reach the elastic film 50. Here, the elastic film 50 is
The amount of the alkaline solution that etches the silicon single crystal substrate is extremely small. Further, each ink supply passage 14 communicating with one end of each pressure generation chamber 12 is formed shallower than the pressure generation chamber 12, and keeps the flow resistance of the ink flowing into the pressure generation chamber 12 constant. That is, the ink supply path 14 is formed by etching the silicon single crystal substrate halfway in the thickness direction (half etching). The half etching is performed by adjusting the etching time.

【0034】また、流路形成基板10の開口面側には、
各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側で連通
するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が
接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。な
お、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.05〜
1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5
〜4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、
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1
0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 opening side of the flow path forming substrate 10,
A nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 that communicates with the pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is fixed via an adhesive or a heat-welding film. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.05 to
1 mm, linear expansion coefficient of 300 ℃ or less, for example 2.5
Glass ceramics of up to 4.5 [× 10 −6 / ° C.],
Or made of non-rust steel. The nozzle plate 20 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 with one surface, and also serves as a reinforcing plate that protects the silicon single crystal substrate from impact and external force. In addition, the nozzle plate 20 is the flow path forming substrate 1
It may be made of a material whose coefficient of thermal expansion is substantially the same as that of the material. In this case, since the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 have substantially the same deformation due to heat, they can be easily joined using a thermosetting adhesive or the like.

【0035】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180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 that applies the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 21 that ejects the ink droplet depend on the amount of the ejected ink droplet, the ejection speed, and the ejection frequency. Optimized. For example,
When recording 180 ink droplets per inch, it is necessary to accurately form the nozzle opening 21 with a diameter of several tens of μm.

【0036】一方、流路形成基板10の開口面とは反対
側の弾性膜50の上には、厚さが、例えば、約0.1〜
2μmの絶縁体膜55が形成され、さらに、この絶縁体
膜55上には、厚さが例えば、約0.1〜0.5μmの
下電極膜60と、厚さが例えば、約0.01〜2μm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という。本実
施形態では、下電極膜60を圧電素子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 elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 has a thickness of, for example, about 0.1 to
An insulating film 55 having a thickness of 2 μm is formed, and a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.1 to 0.5 μm and a thickness of, for example, about 0.01 are formed on the insulating film 55. The piezoelectric layer 70 having a thickness of about 2 μm and the upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are laminated and formed by a process described later to form the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300
Indicates a portion including the lower electrode film 60, 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 used.
Is patterned for each pressure generating chamber 12. Further, here, a portion which is composed of one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as the common electrode of the piezoelectric element 300 and the upper electrode film 80 is used as the individual electrode of the piezoelectric element 300, but there is no problem even if this is reversed due to the convenience of the drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by the driving of the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.

【0037】ここで、圧電素子300の個別電極である
各上電極膜80には、インク供給路14側の端部近傍
に、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が接
続され、このリード電極90は、インク供給路14に対
向する領域の弾性膜50上まで延設されている。
Here, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) is connected to each upper electrode film 80, which is an individual electrode of the piezoelectric element 300, in the vicinity of the end portion on the ink supply path 14 side. The lead electrode 90 is extended to above the elastic film 50 in a region facing the ink supply path 14.

【0038】一方、圧電素子300の共通電極である下
電極膜60は、圧力発生室12の並設方向に亘って連続
的に延設され、且つ圧電素子300の一端部近傍でパタ
ーニングされている。すなわち、下電極膜60は、リー
ド電極90が延設される領域を除く他の領域に亘って連
続的に設けられている。
On the other hand, the lower electrode film 60, which is the common electrode of the piezoelectric element 300, is continuously extended in the direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged in parallel, and is patterned near one end of the piezoelectric element 300. . That is, the lower electrode film 60 is continuously provided over the area other than the area where the lead electrode 90 extends.

【0039】また、圧力発生室12の周壁に対向する領
域の振動板、本実施形態では、弾性膜50、絶縁体膜5
5及び下電極膜60には、これらを貫通して設けられて
流路形成基板10を露出する複数の凹部51が所定間隔
で設けられている。
The vibrating plate in the region facing the peripheral wall of the pressure generating chamber 12, that is, the elastic film 50 and the insulating film 5 in this embodiment.
5 and the lower electrode film 60 are provided with a plurality of recesses 51 penetrating through them and exposing the flow path forming substrate 10 at predetermined intervals.

【0040】また、これらの各凹部51内には、導電材
料からなる接続配線65が設けられ、この接続配線65
によって下電極膜60と流路形成基板10とが電気的に
接続されている。
A connection wiring 65 made of a conductive material is provided in each of the recesses 51, and the connection wiring 65 is provided.
The lower electrode film 60 and the flow path forming substrate 10 are electrically connected by.

【0041】このような構成では、圧電素子300の共
通電極である下電極膜60が、接続配線65を介して流
路形成基板10と電気的に接続されているため、下電極
膜60の抵抗値が実質的に低下する。すなわち、流路形
成基板10がシリコン単結晶基板からなり導電性を有す
るため、流路形成基板10と電気的に接続された下電極
膜60の抵抗値は実質的に低下することになる。
In such a configuration, since the lower electrode film 60, which is the common electrode of the piezoelectric element 300, is electrically connected to the flow path forming substrate 10 via the connection wiring 65, the resistance of the lower electrode film 60 is reduced. The value drops substantially. That is, since the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate and has conductivity, the resistance value of the lower electrode film 60 electrically connected to the flow path forming substrate 10 is substantially reduced.

【0042】これにより、多数の圧電素子を同時に駆動
しても電圧降下が生じることがない。したがって、ノズ
ル開口21から吐出するインク滴の大きさを安定させる
ことができ、インク吐出特性を常に良好に保持すること
ができる。また、下電極膜60の面積を大きくする必要
がないため、ヘッドを大型化することなくインク吐出特
性を安定させることができる。さらに、下電極膜60の
抵抗値が実質的に低下するため、下電極膜60の厚さを
比較的薄くすることができ、圧電素子300の駆動によ
る振動板の変位量を向上することもできる。
As a result, no voltage drop occurs even if a large number of piezoelectric elements are driven at the same time. Therefore, the size of the ink droplets ejected from the nozzle openings 21 can be stabilized, and the ink ejection characteristics can always be kept good. Further, since it is not necessary to increase the area of the lower electrode film 60, the ink ejection characteristics can be stabilized without increasing the size of the head. Furthermore, since the resistance value of the lower electrode film 60 is substantially reduced, the thickness of the lower electrode film 60 can be made relatively thin, and the displacement amount of the diaphragm due to the driving of the piezoelectric element 300 can be improved. .

【0043】ここで、各凹部51の間隔は、例えば、1
mm以下の比較的狭い間隔で形成されていることが好ま
しい。これにより、下電極膜60の実質的な抵抗値を約
5Ω以下と大幅に低下させることができる。
Here, the interval between the recesses 51 is, for example, 1
It is preferable that they are formed at relatively narrow intervals of not more than mm. As a result, the substantial resistance value of the lower electrode film 60 can be significantly reduced to about 5Ω or less.

【0044】また、接続配線65の材料としては、導電
性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、
本実施形態では、下電極膜60と同一材料で形成され且
つ下電極膜60と連続的に設けられている。このような
構成では、詳しくは後述するが、下電極膜60と接続配
線65とを同時に形成することができ、製造工程を増加
させることなく接続配線65を比較的容易に形成するこ
とができる。
The material of the connection wiring 65 is not particularly limited as long as it is a material having conductivity.
In this embodiment, the lower electrode film 60 is made of the same material and is continuously provided with the lower electrode film 60. With such a configuration, as will be described in detail later, the lower electrode film 60 and the connection wiring 65 can be formed simultaneously, and the connection wiring 65 can be formed relatively easily without increasing the manufacturing process.

【0045】なお、流路形成基板10の圧電素子300
側には、各圧力発生室12の共通のインク室となるリザ
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
って形成されており、上述のように流路形成基板10の
連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のイン
ク室となるリザーバ100を構成している。
The piezoelectric element 300 of the flow path forming substrate 10
On the side, a reservoir section 31 that constitutes at least a part of the reservoir 100 that serves as a common ink chamber for each pressure generating chamber 12 is provided.
The reservoir forming substrate 30 having the is bonded. In the present embodiment, the reservoir portion 31 is formed to penetrate the reservoir forming substrate 30 in the thickness direction and extend in the width direction of the pressure generating chamber 12, and as described above, the communicating portion of the flow passage forming substrate 10. A reservoir 100 that communicates with the pressure generating chamber 12 and serves as a common ink chamber for the pressure generating chambers 12 is configured.

【0046】このリザーバ形成基板30としては、流路
形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラ
ス、セラミック材料等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。
As the reservoir forming substrate 30, it is preferable to use a material having substantially the same coefficient of thermal expansion as that of the passage forming substrate 10, such as glass or a ceramic material. It was formed using a silicon single crystal substrate of the same material.

【0047】また、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32が設けられ、圧電素子300は
この圧電素子保持部32内に密封されている。
Further, the piezoelectric element 3 of the reservoir forming substrate 30
In a region facing 00, a piezoelectric element holding portion 32 that can seal the space is provided in a state where a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is secured, and the piezoelectric element 300 includes the piezoelectric element holding portion 32. It is sealed inside.

【0048】また、リザーバ形成基板30のリザーバ部
31と圧電素子保持部32との間、すなわちインク供給
路14に対応する領域には、このリザーバ形成基板30
を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。そ
して、各圧電素子300から引き出されたリード電極9
0は、この貫通孔33まで延設されており、ワイヤボン
ディング等により図示しない外部配線と接続される。
The reservoir forming substrate 30 is located between the reservoir portion 31 of the reservoir forming substrate 30 and the piezoelectric element holding portion 32, that is, in the region corresponding to the ink supply passage 14.
Is provided with a through hole 33 penetrating in the thickness direction. Then, the lead electrode 9 extracted from each piezoelectric element 300
Reference numeral 0 extends to the through hole 33 and is connected to an external wiring (not shown) by wire bonding or the like.

【0049】また、このようなリザーバ形成基板30上
には、封止膜41及び固定板42からなるコンプライア
ンス基板40が接合されている。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
フェニレンサルファイド(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のみで封止されている。
A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded on the reservoir forming substrate 30. 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 portion 31. There is. Further, the fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel having a thickness of 30 μm (SU
S) and the like). The reservoir 10 of this fixed plate 42
Since the region facing 0 is the opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with the flexible sealing film 41.

【0050】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からイン
クを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至
るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動回路
からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室1
2に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80と
の間に電圧を印加し、弾性膜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、各圧力発生
室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が
吐出する。
The ink jet recording head of the present embodiment as described above takes in ink from the external ink supply means (not shown) and fills the interior from the reservoir 100 to the nozzle openings 21 with ink, and then from the drive circuit (not shown). Pressure generation chamber 1 via external wiring according to the recording signal
2 is applied to each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 to flexibly deform the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70. And the ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

【0051】ここで、このような本実施形態のインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法について、図3及び図4
を参照して説明する。なお、図3及び図4は、圧力発生
室12の幅方向の一部を示す断面図である。
Here, a method of manufacturing the ink jet recording head of this embodiment will be described with reference to FIGS.
Will be described with reference to. 3 and 4 are cross-sectional views showing a part of the pressure generating chamber 12 in the width direction.

【0052】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, about 110 wafers of a silicon single crystal substrate to be the flow path forming substrate 10 are prepared.
An elastic film 50 made of silicon dioxide is formed by thermal oxidation in a 0 ° C. diffusion furnace.

【0053】次に、図3(b)に示すように、弾性膜5
0上に、二酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形
成する。具体的には、弾性膜50上にジルコニウム層を
形成後、例えば、約1150℃の拡散炉で熱酸化して二
酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55とした。
Next, as shown in FIG. 3B, the elastic film 5
An insulating film 55 made of zirconium dioxide is formed on the insulating film 55. Specifically, after forming a zirconium layer on the elastic film 50, for example, thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at about 1150 ° C. to form an insulator film 55 made of zirconium dioxide.

【0054】次に、図3(c)に示すように、弾性膜5
0及び絶縁体膜55を流路形成基板10に達するまでエ
ッチングすることにより、圧力発生室12の周壁に対向
する領域に複数の凹部51を所定間隔で形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, the elastic film 5
By etching the insulating film 55 and the insulating film 55 until reaching the flow path forming substrate 10, a plurality of recesses 51 are formed at predetermined intervals in the region facing the peripheral wall of the pressure generating chamber 12.

【0055】この凹部51の大きさは特に限定されない
が、その内径は深さよりも大きいことが好ましい。これ
により、後述する工程で接続配線65を凹部51内に良
好に形成することができる。
The size of the recess 51 is not particularly limited, but the inner diameter is preferably larger than the depth. Thereby, the connection wiring 65 can be favorably formed in the recess 51 in the step described later.

【0056】なお、凹部51は、弾性膜50及び絶縁体
膜55を貫通して設けられて流路形成基板10の表面が
露出されていればよいが、流路形成基板10の厚さ方向
の一部までエッチングして凹部51を形成するようにし
てもよい。
The recess 51 may be provided so as to penetrate the elastic film 50 and the insulating film 55 so that the surface of the flow path forming substrate 10 is exposed. However, in the thickness direction of the flow path forming substrate 10. The recess 51 may be formed by partially etching.

【0057】次いで、図3(d)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の全体パターンを形成する。このとき、各
凹部51内にも下電極膜60が形成され、これら凹部5
1内の下電極膜60が、本実施形態では、圧電素子30
0の共通電極である下電極膜60と連続する接続配線6
5となる。
Next, as shown in FIG. 3D, after the lower electrode film 60 is formed on the entire surface of the elastic film 50 by sputtering,
The entire pattern of the lower electrode film 60 is formed. At this time, the lower electrode film 60 is also formed in each recess 51, and these recesses 5 are formed.
In the present embodiment, the lower electrode film 60 in 1 is the piezoelectric element 30.
Connection wiring 6 continuous with the lower electrode film 60 which is a common electrode of 0
It becomes 5.

【0058】なお、上述したように、凹部51の内径が
深さよりも大きく形成されていれば、スパッタリングに
よって下電極膜60を形成することにより、接続配線6
5(下電極膜60)が、凹部51の底面、すなわち、流
路形成基板10の表面まで確実に連続して形成される。
As described above, if the inner diameter of the recess 51 is larger than the depth, the lower electrode film 60 is formed by sputtering, so that the connection wiring 6 is formed.
5 (lower electrode film 60) is reliably and continuously formed up to the bottom surface of the recess 51, that is, the surface of the flow path forming substrate 10.

【0059】このような下電極膜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600〜100
0℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるから
である。すなわち、下電極膜60の材料は、このような
高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければなら
ず、殊に、圧電体層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。
As the material of the lower electrode film 60,
Platinum (Pt) or the like is suitable. This is because the piezoelectric layer 70 described later, which is formed by the sputtering method or the sol-gel method, is 600 to 100 in the air atmosphere or the oxygen atmosphere after the film formation.
This is because it is necessary to fire and crystallize at a temperature of about 0 ° C. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain the conductivity under such a high temperature and oxidizing atmosphere, and especially when lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70. It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of lead oxide is small, and platinum is preferable for these reasons.

【0060】次に、図3(e)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. 3E, the piezoelectric layer 70 is formed. The piezoelectric layer 70 preferably has crystals oriented. For example, in the present embodiment, a so-called sol-gel method is used in which a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a catalyst is applied, dried, gelled, and 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 for use in an inkjet recording head. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited, and may be formed by, for example, a sputtering method.

【0061】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.

【0062】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 thus formed, the crystals are preferentially oriented unlike the bulk piezoelectric body, and in the present embodiment, the piezoelectric layer 70 has the crystals. It has a columnar shape. Note that the preferential orientation means that the crystal orientation direction is not disordered, and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction. Further, a thin film having a columnar crystal means a state in which crystals having a substantially columnar body are aggregated in a plane direction with the central axes substantially aligned with 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.

【0063】次に、図4(a)に示すように、上電極膜
80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料で
あればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態
では、白金をスパッタリングにより成膜している。
Next, as shown in FIG. 4A, the upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 may be made of a material having high conductivity, and many metals such as aluminum, gold, nickel and platinum, and a conductive oxide can be used. In this embodiment, platinum is deposited by sputtering.

【0064】次に、図4(b)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素子3
00のパターニングを行う。
Next, as shown in FIG. 4B, only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are etched to remove the piezoelectric element 3.
00 patterning is performed.

【0065】次に、図4(c)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. 4C, the lead electrode 90 is formed. Specifically, for example, the lead electrode 90 made of gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10, and is patterned for each piezoelectric element 300.

【0066】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
(d)に示すように、圧力発生室12等を形成する。
The above is the film forming process. After the film formation is performed in this manner, anisotropic etching of the silicon single crystal substrate with the above-mentioned alkaline solution is performed, and the result of FIG.
As shown in (d), the pressure generating chamber 12 and the like are formed.

【0067】なお、その後は、流路形成基板10の圧電
素子300側の面にリザーバ形成基板30及びコンプラ
イアンス基板40を接着剤等によって順次接合し、さら
に、流路形成基板10のリザーバ形成基板30とは反対
側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート2
0を接合することにより、本実施形態のインクジェット
式記録ヘッドが形成される。
After that, the reservoir forming substrate 30 and the compliance substrate 40 are sequentially bonded to the surface of the flow passage forming substrate 10 on the side of the piezoelectric element 300 by an adhesive or the like, and the reservoir forming substrate 30 of the flow passage forming substrate 10 is further bonded. Nozzle plate 2 having a nozzle opening 21 on the surface opposite to
The ink jet recording head of the present embodiment is formed by joining 0s.

【0068】また、実際には、上述した一連の膜形成及
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、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
て一体化することによってインクジェット式記録ヘッド
を形成する。
In practice, a large number of chips are simultaneously formed on one wafer by the above-described series of film formation and anisotropic etching, and after the process is completed, one chip size as shown in FIG. The flow path forming substrate 10 is divided. Then, the ink jet recording head is formed by sequentially adhering the reservoir forming substrate 30 and the compliance substrate 40 to the divided flow path forming substrate 10 and integrating them.

【0069】(実施形態2)図5は、実施形態2に係る
インクジェット式記録ヘッドの断面図である。
(Second Embodiment) FIG. 5 is a sectional view of an ink jet recording head according to a second embodiment.

【0070】本実施形態では、図5に示すように、圧電
素子300の共通電極である下電極膜60と流路形成基
板10とを電気的に接続する接続配線65Aを下電極膜
60とは別の材料で形成した例であり、この接続配線6
5Aがリード電極90と同一材料で形成されている以外
は、実施形態1と同様の構成である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the connection wiring 65A for electrically connecting the lower electrode film 60, which is the common electrode of the piezoelectric element 300, and the flow path forming substrate 10 is not called the lower electrode film 60. This connection wiring 6 is an example formed of another material.
The configuration is the same as that of the first embodiment except that 5A is made of the same material as the lead electrode 90.

【0071】勿論、このような本実施形態の構成として
も、この接続配線65Aによって下電極膜60の抵抗値
が実質的に低下する。したがって、ノズル開口21から
吐出するインク滴の大きさを安定させることができ、印
刷品質を常に良好に保持することができる。
Of course, even with the structure of this embodiment, the resistance value of the lower electrode film 60 is substantially reduced by the connection wiring 65A. Therefore, the size of the ink droplets ejected from the nozzle openings 21 can be stabilized, and the print quality can always be kept good.

【0072】また、このような本実施形態のインクジェ
ット式記録ヘッドは、以下の手順で形成することができ
る。なお、振動板及び圧電素子300の各層を成膜及び
パターニングする方法は、実施形態1と同様である。
The ink jet recording head of this embodiment can be formed by the following procedure. The method of forming and patterning each layer of the vibration plate and the piezoelectric element 300 is the same as in the first embodiment.

【0073】まず、図6(a)に示すように、流路形成
基板10上に弾性膜50、絶縁体膜55及び下電極膜6
0を順次形成する。
First, as shown in FIG. 6A, the elastic film 50, the insulator film 55 and the lower electrode film 6 are formed on the flow path forming substrate 10.
0s are sequentially formed.

【0074】次いで、図6(b)に示すように、この下
電極膜60上に圧電体層70及び上電極膜80を順次積
層すると共にパターニングして圧電素子300を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 6B, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are sequentially laminated on the lower electrode film 60 and patterned to form the piezoelectric element 300.

【0075】次いで、図6(c)に示すように、これら
弾性膜50、絶縁体膜55及び下電極膜60をエッチン
グすることによって凹部51Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 6C, the recess 51A is formed by etching the elastic film 50, the insulator film 55 and the lower electrode film 60.

【0076】次いで、図6(d)に示すように、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毎に独立するようにパターニング
する。このとき、凹部51Aに対向する領域のリード電
極90を除去することなく残存させる。これにより、凹
部51A内にリード電極90と同一材料からなる接続配
線65Aが形成される。
Next, as shown in FIG. 6D, the lead electrode 90 is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10 and is patterned so as to be independent for each piezoelectric element 300. At this time, the lead electrode 90 in the region facing the recess 51A is left without being removed. As a result, the connection wiring 65A made of the same material as the lead electrode 90 is formed in the recess 51A.

【0077】なお、その後は、実施形態1と同様の手順
で本実施形態のインクジェット式記録ヘッドが形成され
る。
After that, the ink jet recording head of this embodiment is formed by the same procedure as that of the first embodiment.

【0078】このように、本実施形態の接続配線65A
は、リード電極90を形成する際に同時に形成すること
ができるため、実施形態1と同様に、製造工程を煩雑化
することなく容易に形成することができる。
Thus, the connection wiring 65A of this embodiment is
Can be formed at the same time when the lead electrode 90 is formed, and thus can be easily formed without complicating the manufacturing process as in the first embodiment.

【0079】(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) Although the respective embodiments of the present invention have been described above, the basic structure of the ink jet recording head is not limited to the above.

【0080】例えば、上述の各実施形態では、成膜及び
リソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のイ
ンクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限
定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付
する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット
式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
For example, in each of the above-described embodiments, the thin film type ink jet recording head manufactured by applying the film formation and the lithographic process is taken as an example. However, the present invention is not limited to this and, for example, green. The present invention can also be applied to a thick film type ink jet recording head formed by a method such as attaching a sheet.

【0081】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7は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。
The ink jet recording head of each of these embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. Figure 7
It is a schematic diagram showing an example of the ink jet type recording device.

【0082】図7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. 7, in the recording head units 1A and 1B having an ink jet recording head, the cartridges 2A and 2B constituting the ink supply means are detachably provided, and the recording head units 1A and 1B are attached.
The carriage 3 on which B is mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B are, for example,
The black ink composition and the color ink composition are respectively discharged.

【0083】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上を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 (not shown) and the timing belt 7, so that the carriage 3 having the recording head units 1A and 1B mounted thereon extends along the carriage shaft 5. Be 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 feed roller (not shown), is conveyed on the platen 8. It is like this.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、圧力発
生室の周壁に対向する領域の振動板に凹部を設け、この
凹部内に圧電素子の共通電極とシリコン単結晶基板から
なる流路形成基板とを電気的に接続する接続配線を設け
るようにしたので、共通電極の抵抗値を実質的に低下さ
せることができる。したがって、多数の圧電素子を同時
に駆動しても電圧降下が発生することがなく、常に安定
したインク吐出特性を得ることができる。
As described above, according to the present invention, a concave portion is provided in the vibrating plate in a region facing the peripheral wall of the pressure generating chamber, and a flow path formed by the common electrode of the piezoelectric element and the silicon single crystal substrate is formed in the concave portion. Since the connection wiring for electrically connecting to the substrate is provided, the resistance value of the common electrode can be substantially reduced. Therefore, even if a large number of piezoelectric elements are driven at the same time, a voltage drop does not occur, and stable ink ejection characteristics can always be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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 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。
2A and 2B are a plan view and a sectional view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.

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

【図5】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of an ink jet recording head according to a second embodiment of the invention.

【図6】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the ink jet recording head according to the second embodiment of the invention.

【図7】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. 7 is a schematic diagram of an inkjet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 12 圧力発生室 20 ノズルプレート 21 ノズル開口 30 リザーバ形成基板 31 リザーバ部 32 圧電素子保持部 40 コンプライアンス基板 50 弾性膜 51,51A 凹部 55 絶縁体膜 60 下電極膜 65,65A 接続配線 70 圧電体層 80 上電極膜 100 リザーバ 300 圧電素子 10 Flow path forming substrate 12 Pressure generation chamber 20 nozzle plate 21 nozzle opening 30 Reservoir forming substrate 31 Reservoir section 32 Piezoelectric element holder 40 compliance board 50 elastic membrane 51,51A recess 55 Insulator film 60 Lower electrode film 65, 65A connection wiring 70 Piezoelectric layer 80 Upper electrode film 100 reservoir 300 Piezoelectric element

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン単結晶基板からなりノズル開口
に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該
流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前
記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具
備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧力発生室の周壁に対向する領域の前記振動板を貫
通して設けられ前記流路形成基板の表面を露出する複数
の凹部を有すると共に、該凹部内に複数の圧電素子に共
通する共通電極と前記流路形成基板とを電気的に接続す
る接続配線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。
1. A flow path forming substrate comprising a silicon single crystal substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is formed; and a pressure generating member provided on one surface side of the flow path forming substrate via a vibrating plate. In an ink jet recording head including a piezoelectric element that causes a pressure change in a chamber, a plurality of ink jet recording heads that are provided to penetrate the vibrating plate in a region facing a peripheral wall of the pressure generating chamber and expose a surface of the flow path forming substrate 2. An ink jet recording head, characterized in that it has a concave portion and a connecting wiring for electrically connecting a common electrode common to a plurality of piezoelectric elements and the flow path forming substrate in the concave portion.
【請求項2】 請求項1において、前記接続配線が前記
共通電極と同一材料からなることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the connection wiring is made of the same material as the common electrode.
【請求項3】 請求項2において、前記接続配線が前記
共通電極と連続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。
3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein the connection wiring is formed continuously with the common electrode.
【請求項4】 請求項1において、前記接続配線が前記
圧電素子の個別電極から引き出される引き出し配線と同
一材料で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 recording head according to claim 1, wherein the connection wiring is made of the same material as the lead wiring drawn from the individual electrode of the piezoelectric element.
【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記凹
部のそれぞれが、約1mm以下の間隔で配設されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein each of the recesses is arranged at an interval of about 1 mm or less.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記凹
部の内径が当該凹部の深さよりも大きいことを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。
6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein an inner diameter of the recess is larger than a depth of the recess.
【請求項7】 請求項1〜6の何れかにおいて、前記共
通電極が、成膜及びリソグラフィ法により形成され、そ
の膜厚が0.1〜0.5μmであることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。
7. The ink jet recording according to claim 1, wherein the common electrode is formed by a film forming method and a lithographic method and has a film thickness of 0.1 to 0.5 μm. head.
【請求項8】 請求項1〜7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。
8. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140267505A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Seiko Epson Corporation Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP2016124153A (en) * 2014-12-26 2016-07-11 ブラザー工業株式会社 Piezoelectric actuator, liquid discharge device and manufacturing method of piezoelectric actuator

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