JP2003251805A - Inkjet recording head and inkjet recorder - Google Patents

Inkjet recording head and inkjet recorder

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JP2003251805A
JP2003251805A JP2002060853A JP2002060853A JP2003251805A JP 2003251805 A JP2003251805 A JP 2003251805A JP 2002060853 A JP2002060853 A JP 2002060853A JP 2002060853 A JP2002060853 A JP 2002060853A JP 2003251805 A JP2003251805 A JP 2003251805A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet recording head which can hold ink discharge characteristics good at all times and can be made compact, and an inkjet recorder. <P>SOLUTION: The inkjet recorder has a channel forming substrate where pressure generation chambers 12 are formed to communicate with nozzle openings, and piezoelectric elements 300 comprising lower electrodes 60 set via a diaphragm to one face of the channel forming substrate, a piezoelectric layer 70 set on the lower electrodes 60 and upper electrodes 80 set on the piezoelectric layer 70. The lower electrodes 60 and the upper electrodes 80 are set independently of each other to regions corresponding to respective pressure generation chambers 12, and wiring electrodes 90 connected to respective upper electrodes 80 are set on the diaphragm at a region opposite to peripheral walls of one end side in a longitudinal direction of the pressure generation chambers 12, thereby making the upper electrodes 80 a common electrode for each of the piezoelectric elements 300. A resistance value of the common electrode is thus lowered. <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、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る下電極と、該下電極上に設
けられる圧電体層と、該圧電体層上に設けられる上電極
とからなる圧電素子とを具備するインクジェット式記録
ヘッドにおいて、前記下電極及び前記上電極が各圧力発
生室に対応する領域にそれぞれ独立して設けられると共
に各上電極にそれぞれ接続される配線電極が前記圧力発
生室の長手方向一端部側の周壁に対向する領域の振動板
上に設けられて、前記上電極が各圧電素子の共通電極と
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 first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, there is provided a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is formed, and one surface side of the flow path forming substrate. An ink jet recording head comprising: a lower electrode provided via a vibration plate, a piezoelectric layer provided on the lower electrode, and a piezoelectric element comprising an upper electrode provided on the piezoelectric layer. A region in which the lower electrode and the upper electrode are independently provided in regions corresponding to the respective pressure generating chambers, and the wiring electrodes connected to the respective upper electrodes face the peripheral wall on the one end side in the longitudinal direction of the pressure generating chambers. The inkjet recording head is characterized in that it is provided on the vibration plate and the upper electrode is a common electrode for each piezoelectric element.

【0012】かかる第1の態様では、ヘッドを大型化す
ることなく圧電素子の共通電極の抵抗値を容易に低下さ
せることができ、多数の圧電素子を同時に駆動すること
による電圧降下の発生が防止される。
In the first aspect, the resistance value of the common electrode of the piezoelectric element can be easily reduced without increasing the size of the head, and the voltage drop caused by simultaneously driving a large number of piezoelectric elements is prevented. To be done.

【0013】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記圧力発生室の長手方向一端部に対向する領域の
少なくとも前記振動板が前記配線電極によって覆われて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。
A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, at least the vibrating plate in a region facing one longitudinal end of the pressure generating chamber is covered with the wiring electrode. It is in an inkjet recording head.

【0014】かかる第2の態様では、圧電素子の駆動に
よる応力が、圧力発生室の長手方向端部に対向する領域
の振動板に集中するのを防止できる。
In the second aspect, it is possible to prevent the stress due to the driving of the piezoelectric element from being concentrated on the vibration plate in the region facing the longitudinal end of the pressure generating chamber.

【0015】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記圧力発生室の長手方向他端部に対向する
領域の少なくとも前記振動板が前記配線電極と同一の導
電層からなる保護層によって覆われていることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, at least the diaphragm in a region facing the other end portion in the longitudinal direction of the pressure generating chamber is made of the same conductive layer as the wiring electrode. The inkjet recording head is characterized by being covered with a protective layer.

【0016】かかる第3の態様では、圧電素子の駆動に
よる応力が、圧力発生室の長手方向端部に対向する領域
の振動板に集中するのを防止できる。
In the third aspect, it is possible to prevent the stress due to the driving of the piezoelectric element from concentrating on the vibration plate in the region facing the longitudinal end of the pressure generating chamber.

【0017】本発明の第4の態様は、第3の態様におい
て、前記下電極が前記圧力発生室の長手方向他端部側か
ら周壁に対向する領域まで延設されると共に前記圧力発
生室の長手方向他端部に対向する領域に当該下電極を除
去した下電極除去部が設けられ、前記保護層が前記下電
極除去部内に形成されていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドにある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the lower electrode is extended from the other end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber to a region facing the peripheral wall and the pressure generating chamber is formed. The inkjet recording head is characterized in that a lower electrode removing portion is formed by removing the lower electrode in a region facing the other end portion in the longitudinal direction, and the protective layer is formed in the lower electrode removing portion.

【0018】かかる第4の態様では、下電極と上電極と
を短絡させることなく、圧力発生室の長手方向端部に対
向する領域の振動板の剛性を増加させることができる。
In the fourth aspect, it is possible to increase the rigidity of the vibrating plate in the region facing the longitudinal end of the pressure generating chamber without short-circuiting the lower electrode and the upper electrode.

【0019】本発明の第5の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記配線電極が、前記下電極よりも固
有抵抗の小さい金属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 fifth aspect of the present invention is the ink jet method according to any one of the first to fourth aspects, characterized in that the wiring electrode is formed of a metal having a smaller specific resistance than the lower electrode. It is on the recording head.

【0020】かかる第5の態様では、共通電極の抵抗を
確実に低下し、電圧降下の発生がより確実に防止され
る。
In the fifth aspect, the resistance of the common electrode is surely reduced, and the occurrence of voltage drop is more reliably prevented.

【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、前記配線電極の厚さが、1μm以上で
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。
A sixth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to fifth aspects, wherein the thickness of the wiring electrode is 1 μm or more.

【0022】かかる第6の態様では、共通電極の抵抗を
確実に低下し、電圧降下の発生がより確実に防止され
る。
In the sixth aspect, the resistance of the common electrode is surely reduced, and the occurrence of voltage drop is more reliably prevented.

【0023】本発明の第7の態様は、第1〜6の何れか
の態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板
に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各
層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであ
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。
In a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the pressure generating chamber is formed in a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed and formed. The inkjet recording head is characterized by being formed by a lithography method.

【0024】かかる第7の態様では、高密度のノズル開
口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比
較的容易に製造することができる。
In the seventh aspect, an ink jet recording head having high density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【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、インク吐出特性を
安定させ、信頼性を向上したインクジェット式記録装置
を実現することができる。
According to the eighth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus with stable ink ejection characteristics and improved reliability.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、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の概略を示す分解
斜視図であり、図2は、図1の断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an outline of an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is 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
らなり、その表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及び保
護膜51が形成されている。
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment, and its surface is made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation. An elastic film 50 and a protective film 51 having a thickness of 2 μm are formed.

【0030】この流路形成基板10には、その一方の表
面に設けられた保護膜51の開口部51aを介して異方
性エッチングすることにより、複数の隔壁11によって
区画された圧力発生室12が幅方向に並設されている。
また、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と連通してリザーバ100を構
成する連通部13が形成されている。また、この連通部
13は、各圧力発生室12の長手方向一端部でそれぞれ
インク供給路14を介して連通されている。
The flow path forming substrate 10 is anisotropically etched through the opening 51a of the protective film 51 provided on one surface of the flow path forming substrate 10 to divide the pressure generating chamber 12 into a plurality of partition walls 11. Are arranged side by side in the width direction.
Further, on the outside in the longitudinal direction, a communication portion 13 that forms a reservoir 100 by communicating with a reservoir portion 31 of a reservoir forming substrate 30 described later is formed. The communicating portion 13 is communicated with one end portion of each pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction via the ink supply passage 14.

【0031】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 performed 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.

【0032】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.

【0033】なお、このような圧力発生室12等が形成
される流路形成基板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ことが好ま
しい。例えば、1インチ当たり180個(180dp
i)程度に圧力発生室12を配置する場合には、流路形
成基板10の厚さは、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程度と比較的高密度に圧力発
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12間の隔壁11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 in which the pressure generating chambers 12 and the like are formed is preferably selected in accordance with the density at which the pressure generating chambers 12 are arranged. For example, 180 per inch (180dp
When arranging the pressure generating chambers 12 to about i), the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably about 180 to 280 μm, and more preferably about 220 μm. Further, when the pressure generating chambers 12 are arranged at a relatively high density of, for example, about 360 dpi, the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably 100 μm or less. This is because the array density can be increased while maintaining the rigidity of the partition walls 11 between the adjacent pressure generating chambers 12.

【0034】この流路形成基板10の開口面側には、各
圧力発生室12とインク供給路14とは反対側で連通す
るノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が接
着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。な
お、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.1〜1
mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜
4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、又
は不錆鋼などからなる。ノズルプレート20は、一方の
面で流路形成基板10の一面を全面的に覆い、シリコン
単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果
たす。また、ノズルプレート20は、流路形成基板10
と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよ
い。この場合には、流路形成基板10とノズルプレート
20との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の
接着剤等を用いて容易に接合することができる。
A nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply passage 14 is provided on the opening side of the flow path forming substrate 10 with an adhesive or heat welding. It is fixed via a film or the like. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.1 to 1
mm, a coefficient of linear expansion of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to
It is made of glass ceramics of 4.5 [× 10 −6 / ° C.] or rust-free 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. Further, the nozzle plate 20 is used as the flow path forming substrate 10.
It may be made of a material having substantially the same thermal expansion coefficient. 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 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 360 ink drops per inch, it is necessary to accurately form the nozzle openings 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、本実施形態では、酸化ジルコ
ニウム(ZrO2)からなり厚さが例えば、1〜2μm
の絶縁層52が設けられており、これら弾性膜50及び
絶縁層52が振動板となる。
On the other hand, on the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, in this embodiment, it is made of zirconium oxide (ZrO 2 ) and has a thickness of, for example, 1 to 2 μm.
The insulating layer 52 is provided, and the elastic film 50 and the insulating layer 52 serve as a diaphragm.

【0037】また、この絶縁層52上には、厚さが例え
ば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約
1μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.1μm
の上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成され
て、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子
300は、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜8
0を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300は、
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を圧力発生室12毎にパターニングして構成す
るが、本実施形態では、以下に説明するように、下電極
膜60、圧電体層70及び上電極膜80のそれぞれを圧
力発生室12毎にパターニングして構成している。
On the insulating layer 52, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm, a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and a thickness of, for example, about 0 μm. .1 μm
The upper electrode film 80 and the upper electrode film 80 are laminated and formed in a process described later to form the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 includes a lower electrode film 60, a piezoelectric layer 70, and an upper electrode film 8.
Refers to the part containing 0. Generally, the piezoelectric element 300 is
One of the electrodes is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned and formed for each pressure generating chamber 12. In the present embodiment, as described below, the lower electrode film 60, the piezoelectric Each of the body layer 70 and the upper electrode film 80 is formed by patterning for each pressure generating chamber 12.

【0038】すなわち、図3に示すように、本実施形態
では、圧電素子300を構成する下電極膜60は、各圧
力発生室12に対応する領域に圧力発生室12よりも若
干広い幅且つそれぞれ独立するようにパターニングさ
れ、各圧電素子300の個別電極となっている。また、
圧力発生室12の連通部13側の下電極膜60の端部
は、圧力発生室12の長手方向端部から周壁上まで延設
されており、図示しないが、その端部近傍は圧電素子3
00を駆動するための駆動回路等に接続される。なお、
圧力発生室12の連通部13とは反対側の下電極膜60
の端部は、圧力発生室12に対向する領域内に位置して
いる。
That is, as shown in FIG. 3, in this embodiment, the lower electrode film 60 constituting the piezoelectric element 300 has a width slightly wider than the pressure generating chambers 12 in the region corresponding to each pressure generating chamber 12. It is patterned so as to be independent, and serves as an individual electrode of each piezoelectric element 300. Also,
The end portion of the lower electrode film 60 on the communicating portion 13 side of the pressure generating chamber 12 extends from the longitudinal end portion of the pressure generating chamber 12 to the peripheral wall, and although not shown, the piezoelectric element 3 is provided near the end portion.
00 is connected to a drive circuit or the like. In addition,
Lower electrode film 60 on the side opposite to the communicating portion 13 of the pressure generating chamber 12
Is located in the region facing the pressure generating chamber 12.

【0039】一方、上電極膜80は、圧電体層70と共
に各圧力発生室12に対向する領域内にパターニングさ
れ、各上電極膜80から引き出される接続配線によって
配線電極90と接続されて各圧電素子300の共通電極
を構成している。すなわち、各圧力発生室12の連通部
13側の周壁に対向する領域の絶縁層52上には、導電
材料からなる配線電極90が圧力発生室12の並設方向
に沿って延設されている。そして、この配線電極90と
各上電極膜80とが、接続配線、本実施形態では、各配
線電極90から引き出された引き出し部91によって電
気的に接続され、上電極膜80は各圧電素子300の共
通電極となっている。
On the other hand, the upper electrode film 80 is patterned together with the piezoelectric layer 70 in the region facing each pressure generating chamber 12, and is connected to the wiring electrode 90 by the connection wiring drawn from each upper electrode film 80 so that each piezoelectric film is formed. It constitutes the common electrode of the element 300. That is, the wiring electrode 90 made of a conductive material is provided along the direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged side by side on the insulating layer 52 in the region facing the peripheral wall on the communication portion 13 side of each pressure generating chamber 12. . Then, the wiring electrode 90 and each upper electrode film 80 are electrically connected by a connection wiring, in the present embodiment, a lead-out portion 91 pulled out from each wiring electrode 90, and the upper electrode film 80 is each piezoelectric element 300. It is a common electrode.

【0040】このような配線電極90の材質は、例え
ば、金(Au)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等
の下電極膜60よりも固有抵抗の小さい金属を用いるこ
とが好ましく、例えば、本実施形態では、金(Au)/
チタン(Ti)多層膜を用いている。また、配線電極9
0の厚さは、特に限定されないが、1μm以上であるこ
とが好ましい。
As the material of the wiring electrode 90, it is preferable to use a metal having a specific resistance smaller than that of the lower electrode film 60 such as gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al). In this embodiment, gold (Au) /
A titanium (Ti) multilayer film is used. In addition, the wiring electrode 9
The thickness of 0 is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more.

【0041】なお、本実施形態では、上電極膜80と配
線電極90とは、配線電極90から引き出された引き出
し部91によって電気的に接続されているが、勿論、配
線電極90とは別途形成した接続配線により電気的に接
続するようにしてもよい。
In the present embodiment, the upper electrode film 80 and the wiring electrode 90 are electrically connected by the lead-out portion 91 drawn out from the wiring electrode 90, but of course they are formed separately from the wiring electrode 90. You may make it electrically connect by the connection wiring.

【0042】このような構成では、配線電極90が各圧
電素子300の共通電極の一部を構成するため、圧電素
子300の共通電極の抵抗値を実質的に低下させること
ができ、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、常に所定の大きさのイ
ンク滴を吐出させることができ、印刷品質を常に良好に
保持することができる。
In such a configuration, since the wiring electrode 90 constitutes a part of the common electrode of each piezoelectric element 300, the resistance value of the common electrode of the piezoelectric element 300 can be substantially reduced, and a large number of piezoelectric elements can be formed. Even if the elements are driven simultaneously, no voltage drop occurs. Therefore, it is possible to always eject ink droplets of a predetermined size, and it is possible to always maintain good print quality.

【0043】また、配線電極90は、比較的固有抵抗の
小さい金属で形成されているため、比較的狭い面積で圧
電素子300の共通電極の抵抗値を低下させることがで
きるため、ヘッドの小型化を図ることができる。
Further, since the wiring electrode 90 is formed of a metal having a relatively small specific resistance, the resistance value of the common electrode of the piezoelectric element 300 can be reduced in a relatively small area, so that the head can be miniaturized. Can be achieved.

【0044】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、弾性膜50及び絶縁層52を貫通
して設けられた貫通孔53を介して流路形成基板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 so as to penetrate the reservoir forming substrate 30 in the thickness direction and extend in the width direction of the pressure generation chamber 12, and is provided so as to penetrate the elastic film 50 and the insulating layer 52. The reservoir 100, which is connected to the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10 via the through hole 53, serves as a common ink chamber for the pressure generating chambers 12.

【0045】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 flow passage forming substrate 10, such as glass or a ceramic material. It was formed using a silicon single crystal substrate of the same material.

【0046】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。
In addition, 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.

【0047】なお、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の下電極膜60の一端部がこの
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 and the piezoelectric element holding portion 32 of the reservoir forming substrate 30, that is, in the region corresponding to the ink supply passage 14.
Is provided with a through hole 33 penetrating in the thickness direction. One end of the lower electrode film 60 of each piezoelectric element 300 extends to the through hole 33 and is connected to an external wiring (not shown) by wire bonding or the like.

【0048】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6
μm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(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザ
ーバ100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 onto the reservoir forming substrate 30. Here, the sealing film 41
Is a material having low rigidity and flexibility (for example, a thickness of 6
and a reservoir portion 31 made of a sealing film 41.
One side is sealed. The fixing plate 42 is formed of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is the opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed with only the flexible sealing film 41. Has been done.

【0049】なお、図示しないが、リザーバ形成基板3
0及びコンプライアンス基板40には、リザーバ100
と外部とを連通するインク導入口が形成されており、こ
のインク導入口からリザーバ100内にインクが供給さ
れる。
Although not shown, the reservoir forming substrate 3
0 and the compliance substrate 40 include a reservoir 100.
An ink introducing port that communicates with the outside is formed, and ink is supplied from the ink introducing port into the reservoir 100.

【0050】そして、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
からインク導入口を介してインクを取り込み、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12に対応するそれぞれの
下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、弾
性膜50、絶縁層52、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。
In such an ink jet recording head of this embodiment, the ink is taken in from the external ink supply means (not shown) through the ink introduction port, and the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21 is filled with the ink. After that, according to the recording signal from the drive circuit (not shown),
A voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generating chamber 12 via external wiring, and the elastic film 50, the insulating layer 52, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70.
By flexurally deforming the ink, the pressure in each pressure generating chamber 12 increases, and an ink droplet is ejected from the nozzle opening 21.

【0051】以下、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の一例について、図4及び
図5を参照して説明する。なお、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。
An example of the method for manufacturing the ink jet recording head of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 and 5. 4 and 5 are cross-sectional views of the pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction.

【0052】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及び保護膜51を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, about 110 wafers of a silicon single crystal substrate to be the flow path forming substrate 10 are prepared.
An elastic film 50 and a protective film 51 made of silicon dioxide are formed by thermal oxidation in a diffusion furnace at 0 ° C.

【0053】次に、図4(b)に示すように、弾性膜5
0上に絶縁層52を形成する。具体的には、弾性膜50
の表面にジルコニウム層を形成後、例えば、500〜1
200℃の拡散炉でこのジルコニウム層を熱酸化するこ
とにより酸化ジルコニウムからなる絶縁層52とする。
Next, as shown in FIG. 4B, the elastic film 5
An insulating layer 52 is formed on the surface of the insulating film 52. Specifically, the elastic film 50
After forming a zirconium layer on the surface of, for example, 500-1
The zirconium layer is thermally oxidized in a diffusion furnace at 200 ° C. to form the insulating layer 52 made of zirconium oxide.

【0054】次に、図4(c)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を絶縁層52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. 4C, after forming the lower electrode film 60 on the entire surface of the insulating layer 52 by sputtering, the lower electrode film 60 is patterned to form an overall pattern. Platinum (Pt) or the like is suitable as a material for the lower electrode film 60. This is because the piezoelectric layer 70 described later, which is formed by the sputtering method or the sol-gel method, needs to be crystallized by baking at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in the air atmosphere or the oxygen atmosphere after the film formation. Because. 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.

【0055】次に、図4(d)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. 4D, 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.

【0056】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.

【0057】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 body layer 70 thus formed, crystals are preferentially oriented unlike the bulk piezoelectric body, and in the present embodiment, the piezoelectric body layer 70 has 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.

【0058】次に、図5(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. 5A, 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.

【0059】次に、図5(b)に示すように、圧電体層
70及び上電極膜80のみをエッチングによりパターニ
ングして各圧力発生室12に対向する領域に圧電素子3
00を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are patterned by etching to form the piezoelectric element 3 in the region facing each pressure generating chamber 12.
00 is formed.

【0060】次いで、図5(c)に示すように、配線電
極90を形成する。すなわち、流路形成基板10の全面
に亘って、配線電極90を形成後、エッチングによりパ
ターニングして、引き出し部91によって各上電極膜8
0と電気的に接続される配線電極90を形成する。な
お、この配線電極90は、上述したように下電極膜60
よりも固有抵抗の小さい金属で形成することが好ましい
ため、本実施形態では、金(Au)/チタン(Ti)多
層膜をスパッタリングによって形成した。
Next, as shown in FIG. 5C, the wiring electrode 90 is formed. That is, after forming the wiring electrode 90 over the entire surface of the flow path forming substrate 10, the wiring electrode 90 is patterned by etching, and each upper electrode film 8 is formed by the extraction portion 91.
A wiring electrode 90 electrically connected to 0 is formed. The wiring electrode 90 is formed on the lower electrode film 60 as described above.
Since it is preferable to use a metal having a smaller specific resistance than that, a gold (Au) / titanium (Ti) multilayer film is formed by sputtering in this embodiment.

【0061】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う。すなわ
ち、図5(d)に示すように、保護膜51をパターニン
グして圧力発生室12、連通部13及びインク供給路1
4等に対向する領域に所定形状の開口部51aを形成
し、この開口部51aを介して流路形成基板10を異方
性エッチングすることによりこれら圧力発生室12等を
形成する。その後、弾性膜50及び絶縁層52を貫通さ
せて貫通孔53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 is performed with the above-described alkaline solution. That is, as shown in FIG. 5D, the protective film 51 is patterned to form the pressure generating chamber 12, the communicating portion 13, and the ink supply path 1.
The openings 51a having a predetermined shape are formed in a region facing 4 and the like, and the pressure generating chambers 12 and the like are formed by anisotropically etching the flow path forming substrate 10 through the openings 51a. After that, the through hole 53 is formed by penetrating the elastic film 50 and the insulating layer 52.

【0062】なお、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
とする。
Actually, 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, one chip size as shown in FIG. The flow path forming substrate 10 is divided. Then, the reservoir forming substrate 30 and the compliance substrate 40 are sequentially adhered to and integrated with the divided flow path forming substrate 10 to form an ink jet recording head.

【0063】(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配線パターンを示す平面
図である。
(Second Embodiment) FIG. 6 is a plan view showing a wiring pattern of an ink jet recording head according to a second embodiment.

【0064】本実施形態は、配線電極90のパターン形
状の他の例であり、図6に示すように、圧力発生室12
の長手方向端部近傍に対向する領域の振動板と、圧電素
子300の長手方向端部を覆うように配線電極90(引
き出し部91)を形成した以外は、実施形態1と同様で
ある。
The present embodiment is another example of the pattern shape of the wiring electrode 90, and as shown in FIG.
The first embodiment is the same as the first embodiment except that the vibrating plate in the region facing the vicinity of the end in the longitudinal direction and the wiring electrode 90 (lead-out portion 91) are formed so as to cover the end in the longitudinal direction of the piezoelectric element 300.

【0065】このように、圧力発生室12の長手方向端
部に対向する領域の振動板を配線電極90によって覆う
ことにより、振動板の剛性が向上し圧電素子300の駆
動による繰り返し変形によって圧力発生室12の長手方
向端部近傍に応力が集中するのを防止することができ
る。したがって、圧電素子300の繰り返し駆動によっ
て、振動板に割れ等が発生することがなく、耐久性及び
信頼性を向上することができる。
As described above, by covering the vibrating plate in the region opposed to the end portion in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 with the wiring electrode 90, the rigidity of the vibrating plate is improved and the pressure is generated by the repeated deformation due to the driving of the piezoelectric element 300. It is possible to prevent stress from concentrating in the vicinity of the longitudinal end portion of the chamber 12. Therefore, due to repeated driving of the piezoelectric element 300, cracks or the like do not occur in the diaphragm, and durability and reliability can be improved.

【0066】また、本実施形態では、圧電素子300の
端部近傍が配線電極90(引き出し部91)によって覆
われているため、圧電素子300の長手方向端部近傍の
剛性が高められ、圧電素子300の駆動時に圧電素子3
00の長手方向端部近傍にかかる応力が抑えられる。し
たがって、圧電素子300を駆動した際に、圧電素子3
00の長手方向端部での変位量が減少するため、繰返し
変位による圧電体層70の破壊を防止することができ
る。
Further, in the present embodiment, since the vicinity of the end portion of the piezoelectric element 300 is covered with the wiring electrode 90 (lead-out portion 91), the rigidity of the vicinity of the end portion in the longitudinal direction of the piezoelectric element 300 is enhanced, and the piezoelectric element 300. Piezoelectric element 3 when driving 300
The stress applied to the vicinity of the longitudinal end portion of 00 is suppressed. Therefore, when the piezoelectric element 300 is driven, the piezoelectric element 3
Since the amount of displacement at the end portion of 00 in the longitudinal direction is reduced, it is possible to prevent the piezoelectric layer 70 from being broken due to repeated displacement.

【0067】(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配線パターンを示す平面
図である。
(Third Embodiment) FIG. 7 is a plan view showing a wiring pattern of an ink jet recording head according to a third embodiment.

【0068】実施形態2では、圧力発生室12の長手方
向一端部に対向する領域の振動板及び圧電素子300の
長手方向端部近傍を配線電極90で覆うようにしたが、
本実施形態では、図7に示すように、さらに圧電素子3
00の長手方向他端部近傍、及び圧力発生室12の長手
方向他端部に対向する領域の振動板を、配線電極90と
同一の導電層からなる保護層110で覆うようにした。
In the second embodiment, the vibrating plate in the region facing the one end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 and the vicinity of the end in the longitudinal direction of the piezoelectric element 300 are covered with the wiring electrode 90.
In the present embodiment, as shown in FIG.
The vibrating plate in the vicinity of the other end in the longitudinal direction of 00 and in the region facing the other end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 is covered with the protective layer 110 made of the same conductive layer as the wiring electrode 90.

【0069】すなわち、本実施形態では、下電極膜60
の圧力発生室12の長手方向他端部近傍に対向する領域
には、下電極膜60を除去した下電極膜除去部61が形
成されて絶縁層52が露出されている。そして、保護層
110が、この下電極膜除去部61内に下電極膜60と
は接触しないようにパターニングされている。
That is, in the present embodiment, the lower electrode film 60
In a region facing the vicinity of the other end portion in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12, a lower electrode film removing portion 61 from which the lower electrode film 60 is removed is formed to expose the insulating layer 52. The protective layer 110 is patterned in the lower electrode film removal portion 61 so as not to contact the lower electrode film 60.

【0070】このような構成では、実施形態2と同様
に、圧力発生室12の長手方向両端部の振動板及び圧電
素子の両端部近傍の剛性が高められ、圧電素子300の
駆動による繰り返し変形による振動板及び圧電体層70
の破壊をより確実に防止することができる。
With such a structure, as in the second embodiment, the rigidity of the vibrating plates at both longitudinal ends of the pressure generating chamber 12 and the vicinities of both ends of the piezoelectric element are increased, and the piezoelectric element 300 is repeatedly deformed by driving. Vibration plate and piezoelectric layer 70
Can be more reliably prevented from being destroyed.

【0071】(他の実施形態)以上、本発明の一実施形
態を説明したが、本発明の構成は上述したものに限定さ
れるものではない。
(Other Embodiments) Although one embodiment of the present invention has been described above, the configuration of the present invention is not limited to the above.

【0072】例えば、上述の実施形態では、成膜及びリ
ソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のイン
クジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定
されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付す
る等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式
記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
For example, in the above-described embodiment, 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, for example, a green sheet. The present invention can be applied to a thick film type ink jet recording head formed by a method such as sticking.

【0073】また、本発明は、配線電極の厚さ、幅等を
変化させることにより、長尺ヘッドにも適用することが
できる。
The present invention can also be applied to a long head by changing the thickness, width, etc. of the wiring electrode.

【0074】なお、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 8
It is a schematic diagram showing an example of the ink jet type recording device.

【0075】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, 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 provided.
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.

【0076】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上に搬送されるようになっている。
Then, the driving force of the drive 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 follows the carriage shaft 5. Be moved. On the other hand, a platen 8 is provided on the apparatus 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 onto the platen 8. It is like this.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、下電極
及び上電極を各圧力発生室に対応する領域にそれぞれ独
立して設けると共に、周壁上に設けた配線電極を各上電
極に接続することによって上電極を各圧電素子の共通電
極とするようにしたので、ヘッドを大型化することなく
共通電極の抵抗値を比較的容易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, in the present invention, the lower electrode and the upper electrode are independently provided in the regions corresponding to the respective pressure generating chambers, and the wiring electrodes provided on the peripheral wall are connected to the respective upper electrodes. As a result, the upper electrode is used as the common electrode of each piezoelectric element, so that the resistance value of the common electrode can be lowered relatively easily without increasing the size of the head. 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
録ヘッドの概略を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an inkjet 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
録ヘッドの断面図である。
FIG. 2 is 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
録ヘッドの配線パターンを示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a wiring pattern 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. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the ink jet recording head according to the first 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
録ヘッドの配線パターンを示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a wiring pattern of an ink jet recording head according to a second embodiment of the invention.

【図7】本発明の実施形態3に係るインクジェット式記
録ヘッドの配線パターンを示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing a wiring pattern 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 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 40 コンプライアンス基板 50 弾性膜 52 絶縁層 60 下電極膜 61 下電極膜除去部 70 圧電体層 80 上電極膜 90 配線電極 91 引き出し部 110 保護層 300 圧電素子 10 Flow path forming substrate 12 Pressure generation chamber 20 nozzle plate 21 nozzle opening 30 Reservoir forming substrate 40 compliance board 50 elastic membrane 52 insulating layer 60 Lower electrode film 61 Lower electrode film removal section 70 Piezoelectric layer 80 Upper electrode film 90 wiring electrodes 91 Drawer 110 protective layer 300 Piezoelectric element

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズル開口に連通する圧力発生室が形成
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る下電極と、該下電極上に設けら
れる圧電体層と、該圧電体層上に設けられる上電極とか
らなる圧電素子とを具備するインクジェット式記録ヘッ
ドにおいて、 前記下電極及び前記上電極が各圧力発生室に対応する領
域にそれぞれ独立して設けられると共に各上電極にそれ
ぞれ接続される配線電極が前記圧力発生室の長手方向一
端部側の周壁に対向する領域の振動板上に設けられて、
前記上電極が各圧電素子の共通電極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。
1. A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is formed, a lower electrode provided on one surface side of the flow path forming substrate via a vibrating plate, and provided on the lower electrode. An ink jet recording head comprising a piezoelectric layer composed of a piezoelectric layer and an upper electrode provided on the piezoelectric layer, wherein the lower electrode and the upper electrode are independently provided in regions corresponding to the respective pressure generating chambers. And a wiring electrode connected to each upper electrode is provided on the diaphragm in a region facing the circumferential wall on the one end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber,
An ink jet recording head, wherein the upper electrode is a common electrode for each piezoelectric element.
【請求項2】 請求項1において、前記圧力発生室の長
手方向一端部に対向する領域の少なくとも前記振動板が
前記配線電極によって覆われていることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein at least the vibration plate in a region facing one longitudinal end of the pressure generating chamber is covered with the wiring electrode.
【請求項3】 請求項1又は2において、前記圧力発生
室の長手方向他端部に対向する領域の少なくとも前記振
動板が前記配線電極と同一の導電層からなる保護層によ
って覆われていることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッド。
3. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein at least the vibration plate in a region facing the other end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber is covered with a protective layer made of the same conductive layer as the wiring electrode. An inkjet recording head characterized by:
【請求項4】 請求項3において、前記下電極が前記圧
力発生室の長手方向他端部側から周壁に対向する領域ま
で延設されると共に前記圧力発生室の長手方向他端部に
対向する領域に当該下電極を除去した下電極除去部が設
けられ、前記保護層が前記下電極除去部内に形成されて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
4. The lower electrode according to claim 3, wherein the lower electrode extends from the other end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber to a region facing the peripheral wall and faces the other end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber. An ink jet recording head, characterized in that a lower electrode removal portion is formed by removing the lower electrode in a region, and the protective layer is formed in the lower electrode removal portion.
【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記配
線電極が、前記下電極よりも固有抵抗の小さい金属で形
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。
5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the wiring electrode is formed of a metal having a specific resistance smaller than that of the lower electrode.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記配
線電極の厚さが、1μm以上であることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。
6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the wiring electrode has a thickness of 1 μm or more.
【請求項7】 請求項1〜6の何れかにおいて、前記圧
力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングによ
り形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフ
ィ法により形成されたものであることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッド。
7. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed in a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation and a lithography method. An ink jet recording head characterized by being present.
【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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