JP2006181826A - Liquid jet head and liquid jet device - Google Patents

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Masaaki Miyamoto
雅昭 宮本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid jet head which prevents cracks occurring in a vibrating plate due to the concentration of stress and a liquid jet device equipped with the liquid jet head. <P>SOLUTION: The liquid jet head comprises: a channel forming substrate 10 in which a pressure generation chamber communicating with nozzle openings to jet liquids is formed; a vibrating plate having at least a first elastic film 50 provided on one side of the channel forming substrate 10 and made of a silicon dioxide, and a second elastic film 55 provided on the first elastic film 50 and made of a material which is tougher than the first elastic film; a piezoelectric element 300 provided on the vibrating plate and made up of a lower electrode 60, a piezoelectric body layer 70 and an upper electrode 80; a protective substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 joined onto the vibrating plate of the channel forming substrate 10 and protecting the piezoelectric element 300; and a first elastic film separation portion 51 to separate the first elastic film 50 forming the vibrating plate along the edge portion of the piezoelectric element holding portion 31 at least in the inside of the edge portion of the piezoelectric element holding portion 31. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液滴を吐出する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、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及びインクジェット式記録装置に関する。   The present invention relates to a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus that eject liquid droplets, and in particular, pressurizes ink supplied to a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening that ejects ink droplets by a piezoelectric element. The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that discharge ink droplets.

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。そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、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知られている。   A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. As an example of using an actuator in a flexural vibration mode, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer is formed into a pressure generating chamber by a lithography method. A device in which a piezoelectric element is formed so as to be cut into a corresponding shape and independent for each pressure generating chamber is known.

また、このような圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。そして、このような問題は、圧電素子を構成する各層が薄膜であればあるほど起きやすい。このため、例えば、圧力発生室が形成される流路形成基板に、圧電素子保持部を有する接合基板を接合し、この圧電素子保持部内に並設された複数の圧電素子を密封するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。   Further, such a piezoelectric element has a problem that it is easily destroyed due to an external environment such as moisture. Such problems are more likely to occur as the layers constituting the piezoelectric element become thinner. For this reason, for example, a bonding substrate having a piezoelectric element holding portion is bonded to a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber is formed, and a plurality of piezoelectric elements arranged in parallel in the piezoelectric element holding portion are sealed. There are some (see, for example, Patent Document 1).

このように接合基板を流路形成基板に接合した構造では、各圧電素子の破壊は防止することができる。しかしながら、圧電素子保持部の縁部近傍の振動板にクラック、割れ等が発生し、このクラック等が時間と共に圧電素子側に進行し、最終的には圧電素子まで破壊されてしまうという問題がある。すなわち、このように接合基板を流路形成基板に接合した構造では、流路形成基板と、流路形成基板上に形成される各層との熱膨張係数の違い等によっても応力が生じ、このような応力が流路形成基板に接合基板を接合すると圧電素子保持部の縁部に対向する領域に集中してしまう。また、例えば、圧電素子保持部が設けられた領域よりもその外側の領域の方が、剛性が高いため、接合基板と流路形成基板とを接合する際などに流路形成基板(振動板)が変形し、圧電素子保持部の縁部に対応する領域に応力が集中してしまう。このため、圧電素子保持部の縁部に対応する領域の振動板には、このような応力集中に起因してクラック、割れ等が発生してしまうという問題がある。特に、振動板の少なくとも一部が二酸化シリコン等、割れやすい材料で形成されている場合には、このような問題が生じやすい。また、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッドの製造方法においても、同様に存在する。   In such a structure in which the bonding substrate is bonded to the flow path forming substrate, each piezoelectric element can be prevented from being broken. However, there is a problem that cracks, cracks, etc. occur in the diaphragm in the vicinity of the edge of the piezoelectric element holding portion, and the cracks progress to the piezoelectric element side over time, and eventually the piezoelectric element is destroyed. . That is, in the structure in which the bonding substrate is bonded to the flow path forming substrate in this way, stress is also generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the flow path forming substrate and each layer formed on the flow path forming substrate. When a bonding substrate is bonded to the flow path forming substrate, a large stress is concentrated on a region facing the edge of the piezoelectric element holding portion. In addition, for example, the region outside the region where the piezoelectric element holding portion is provided has higher rigidity, so that the flow channel forming substrate (vibration plate) is used when the bonding substrate and the flow channel forming substrate are bonded. Is deformed, and stress is concentrated in a region corresponding to the edge of the piezoelectric element holding portion. For this reason, the diaphragm in the region corresponding to the edge portion of the piezoelectric element holding portion has a problem that cracks, cracks, and the like are generated due to such stress concentration. In particular, such a problem is likely to occur when at least a part of the diaphragm is formed of a fragile material such as silicon dioxide. Such a problem exists not only in the ink jet recording head that ejects ink, but also in other liquid ejecting heads that eject liquid other than ink.

特開2002−113857号公報(特許請求の範囲等)JP 2002-113857 A (Claims etc.)

本発明はこのような事情に鑑み、応力集中によって振動板にクラック等が発生するのを防止することができる液体噴射ヘッド及びこの液体噴射ヘッドを具備する液体噴射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 a liquid ejecting head that can prevent cracks and the like from being generated in a diaphragm due to stress concentration, and a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head. .

上記課題を解決する本発明の第1の態様は、液体を噴射する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設けられて二酸化シリコンからなる第1の弾性膜と該第1の弾性膜上に設けられて当該第1の弾性膜よりも靭性の高い材料からなる第2の弾性膜とを少なくとも有する振動板と、該振動板上に設けられて下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記振動板上に接合され前記圧電素子を保護する圧電素子保持部を有する保護基板とを具備し、且つ前記圧電素子保持部の縁部の少なくとも内側に、前記振動板を構成する前記第1の弾性膜を当該圧電素子保持部の縁部に沿って分離する第1の弾性膜分離部を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる本発明の第1の態様では、応力集中に起因して振動板を構成する第1の弾性膜にクラック、割れ等が発生するのを防止でき、またクラックの進行も防止することができる。よって、振動板及び圧電素子からなる圧電アクチュエータの破壊を確実に防止することができる。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problems, a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, and a carbon dioxide provided on one side of the flow path forming substrate. A diaphragm having at least a first elastic film made of silicon and a second elastic film formed on the first elastic film and made of a material having higher toughness than the first elastic film, and the diaphragm A piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on the upper surface; and a protective substrate having a piezoelectric element holding portion that is bonded onto the diaphragm of the flow path forming substrate and protects the piezoelectric element. And a first elastic membrane separating part for separating the first elastic film constituting the diaphragm along the edge of the piezoelectric element holding part at least inside the edge of the piezoelectric element holding part. The liquid ejecting head includes the liquid ejecting head.
In the first aspect of the present invention, it is possible to prevent cracks, cracks, and the like from occurring in the first elastic film constituting the diaphragm due to stress concentration, and to prevent the progress of cracks. Therefore, destruction of the piezoelectric actuator composed of the diaphragm and the piezoelectric element can be reliably prevented.

本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記第1の弾性膜分離部が、前記第1の弾性膜を除去した第1の弾性膜除去部で構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第2の態様では、第1の弾性膜分離部を容易に形成することができ、且つ振動板の割れ等を確実に防止できる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first elastic membrane separation unit is configured by a first elastic membrane removal unit from which the first elastic membrane is removed. In the liquid jet head.
In the second aspect, the first elastic membrane separation portion can be easily formed, and cracking of the diaphragm can be reliably prevented.

本発明の第3の態様は、第1の態様において、前記第1の弾性膜分離部が、前記流路形成基板の一部で構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第3の態様では、第1の弾性膜分離部を容易に形成することができ、且つ振動板の割れ等を確実に防止できる。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the liquid ejection head is characterized in that the first elastic membrane separation unit is configured by a part of the flow path forming substrate.
In the third aspect, the first elastic membrane separation portion can be easily formed, and cracking of the diaphragm can be reliably prevented.

本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記第1の弾性膜分離部が、前記圧電素子保持部の縁部の外側まで連続的に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第4の態様では、振動板の割れの発生等をさらに確実に防止することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the first elastic membrane separation portion is continuously provided to the outside of the edge portion of the piezoelectric element holding portion. The liquid ejecting head is characterized.
In the fourth aspect, it is possible to more reliably prevent the vibration plate from being cracked.

本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様において、前記第1の弾性膜分離部が、前記圧電素子保持部の周縁の接合領域に亘って連続的に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第5の態様では、振動板の割れの発生等をさらに確実に防止することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the first elastic membrane separation portion is continuously provided across a bonding region at a peripheral edge of the piezoelectric element holding portion. The liquid ejecting head is characterized by the above.
In the fifth aspect, it is possible to more reliably prevent the vibration plate from being cracked.

本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様において、前記第1の弾性膜分離部が、前記圧電素子保持部の縁部に、全周に亘って連続的に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第6の態様では、振動板の割れの発生等をさらに確実に防止することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the first elastic membrane separation portion is continuously provided on the edge of the piezoelectric element holding portion over the entire circumference. The liquid ejecting head is characterized by the above.
In the sixth aspect, it is possible to more reliably prevent the vibration plate from being cracked.

本発明の第7の態様は、第1〜6の何れかの態様において、前記流路形成基板が前記圧力発生室よりも狭い幅を有し複数の圧力発生室の共通インク室と各圧力発生室とを連通するインク供給路を具備すると共に、前記保護基板が、前記インク供給路に対向する領域で前記振動板に接合され、前記圧電素子保持部の縁部の少なくとも前記インク供給路に対向する領域に、前記第1の弾性膜分離部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第7の態様では、応力集中が生じやすい領域であっても、応力集中による第1の弾性膜を起点とする振動板の割れ等を防止することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the flow path forming substrate has a narrower width than the pressure generation chamber and a common ink chamber of a plurality of pressure generation chambers and each pressure generation An ink supply path that communicates with the chamber, and the protective substrate is bonded to the diaphragm in a region facing the ink supply path, and faces at least the ink supply path at an edge of the piezoelectric element holding portion. The liquid ejecting head is characterized in that the first elastic membrane separation portion is provided in a region to be operated.
In the seventh aspect, even in a region where stress concentration is likely to occur, it is possible to prevent cracking of the diaphragm starting from the first elastic film due to stress concentration.

本発明の第8の態様は、第1〜7の何れかの態様において、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなり、前記第1の弾性膜が当該流路形成基板を熱酸化することによって形成された熱酸化膜であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第8の態様では、二酸化シリコンからなる第1の弾性膜を容易且つ良好に形成することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the flow path forming substrate is made of a silicon single crystal substrate, and the first elastic film thermally oxidizes the flow path forming substrate. The liquid ejecting head is characterized in that it is a thermal oxide film formed by the above.
In the eighth aspect, the first elastic film made of silicon dioxide can be formed easily and satisfactorily.

本発明の第9の態様は、第1〜8の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第9の態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
A ninth aspect of the present invention is a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to any one of the first to eighth aspects.
In the ninth aspect, a liquid ejecting apparatus with improved durability and reliability can be realized.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(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。本実施形態に係る流路形成基板10は、面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって形成された厚さ0.5〜2μmの二酸化シリコンからなる第1の弾性膜50が形成されている。この流路形成基板10には、隔壁11によって画成された複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14を介して連通されている。連通部13は、後述する保護基板30のリザーバ部32と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。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(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 cross-sectional view of FIG. The flow path forming substrate 10 according to the present embodiment is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), and one surface thereof is made of silicon dioxide having a thickness of 0.5 to 2 μm formed in advance by thermal oxidation. A first elastic film 50 is formed. A plurality of pressure generating chambers 12 defined by the partition walls 11 are arranged in parallel in the width direction of the flow path forming substrate 10. In addition, a communication portion 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10, and the communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 are provided for each pressure generation chamber 12. Communication is made via a supply path 14. The communication unit 13 constitutes a part of the reservoir 100 that communicates with a reservoir unit 32 of the protective substrate 30 described later and serves as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12. The ink supply path 14 is formed with a narrower width than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13.

また、流路形成基板10の開口面側には、圧力発生室12を形成する際のマスクとして用いられた保護膜54を介して、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に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、0.01〜1mm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、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。 Further, on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a protective film 54 used as a mask when forming the pressure generating chambers 12 is provided on the side opposite to the ink supply path 14 of each pressure generating chamber 12. A nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating in the vicinity of the end is fixed through an adhesive, a heat-welded film, or the like. The nozzle plate 20 has a thickness of, for example, 0.01 to 1 mm, a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to 4.5 [× 10 −6 / ° C.], glass ceramics, silicon It consists of a single crystal substrate or stainless steel.

一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、二酸化シリコンからなり厚さが例えば約1.0μmの第1の弾性膜50が形成され、この第1の弾性膜50上には、例えば、酸化ジルコニウム等の第1の弾性膜50よりも靭性が高い材料からなり厚さが例えば、約0.3μmの第2の弾性膜55が形成されている。さらに、この第2の弾性膜55上には、白金及びイリジウム等からなり厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなり厚さが例えば、約1.0μmの圧電体層70と、イリジウム等からなり厚さが例えば、約0.05μm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は圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。上述した例では、第1の弾性膜50、第2の弾性膜55及び下電極膜60が振動板としての役割を果たす。   On the other hand, as described above, the first elastic film 50 made of silicon dioxide and having a thickness of, for example, about 1.0 μm is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10. On the first elastic film 50, for example, a second elastic film 55 made of a material having higher toughness than the first elastic film 50 such as zirconium oxide and having a thickness of, for example, about 0.3 μm is formed. . Further, the second elastic film 55 is made of platinum, iridium or the like and has a thickness of, for example, a lower electrode film 60 of about 0.2 μm, lead zirconate titanate (PZT), or the like. The piezoelectric layer 70 made of about 1.0 μm and the upper electrode film 80 made of iridium or the like and having a thickness of, for example, about 0.05 μm are laminated by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. . Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator. In the example described above, the first elastic film 50, the second elastic film 55, and the lower electrode film 60 serve as a diaphragm.

また、このような各圧電素子300の上電極膜80には、例えば、金(Au)等からなるリード電極90がそれぞれ接続され、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。   In addition, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) or the like is connected to the upper electrode film 80 of each piezoelectric element 300, and a voltage is selectively applied to each piezoelectric element 300 via the lead electrode 90. Is applied.

さらに、このような流路形成基板10の圧電素子300側の面、すなわち、振動板を構成する第2の弾性膜55上には、圧電素子300に対向する領域に圧電素子保持部31を有する保護基板30が接着剤35によって接着されている。この圧電素子保持部31は、複数の圧電素子300を一体的に覆う大きさで形成されており、各圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に配置されている。これにより、各圧電素子300は外部環境の影響を殆ど受けない状態に保護されている。なお、圧電素子保持部31は、必ずしも密封されている必要はない。なお、保護基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されて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。   Further, the piezoelectric element holding portion 31 is provided in a region facing the piezoelectric element 300 on the surface of the flow path forming substrate 10 on the piezoelectric element 300 side, that is, on the second elastic film 55 constituting the diaphragm. The protective substrate 30 is bonded with an adhesive 35. The piezoelectric element holding portion 31 is formed to have a size that integrally covers the plurality of piezoelectric elements 300, and each piezoelectric element 300 is arranged in the piezoelectric element holding portion 31. Thereby, each piezoelectric element 300 is protected in a state hardly affected by the external environment. Note that the piezoelectric element holding portion 31 is not necessarily sealed. Examples of the material of the protective substrate 30 include glass, a ceramic material, a metal, and a resin, and the protective substrate 30 is preferably formed of a material substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10. In the embodiment, the silicon single crystal substrate made of the same material as the flow path forming substrate 10 is used.

また、この保護基板30には、リザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部32が設けられている。そして、このリザーバ部32は、上述したように、流路形成基板10の連通部13と連通され、これらリザーバ部32及び連通部13によってリザーバ100が形成されている。   The protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 that constitutes at least a part of the reservoir 100. As described above, the reservoir portion 32 communicates with the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10, and the reservoir 100 is formed by the reservoir portion 32 and the communication portion 13.

ここで、このような保護基板30の圧電素子保持部31の縁部の少なくとも内側、すなわち圧電素子保持部31に対向する領域内には、第1の弾性膜50の少なくとも一部を圧電素子保持部31の縁部に沿って分離する第1の弾性膜分離部51が設けられている。例えば、本実施形態では、この第1の弾性膜分離部51は、圧電素子保持部の周囲に亘って連続的に形成されている。そして、この第1の弾性膜分離部51によって、第1の弾性膜50は圧電素子保持部31の内側と外側とで不連続となっている。また、第1の弾性膜分離部51は、本実施形態では、第1の弾性膜50を所定幅で除去することによって形成された第1の弾性膜除去部52によって構成され、この第1の弾性膜除去部52内には第2の弾性膜55が連続的に形成されている。   Here, at least a part of the first elastic film 50 is held in the piezoelectric element holding portion 31 at least inside the edge of the piezoelectric element holding portion 31 of the protective substrate 30, that is, in a region facing the piezoelectric element holding portion 31. A first elastic membrane separation part 51 that separates along the edge of the part 31 is provided. For example, in the present embodiment, the first elastic membrane separation part 51 is continuously formed around the periphery of the piezoelectric element holding part. The first elastic membrane separation part 51 makes the first elastic film 50 discontinuous between the inside and the outside of the piezoelectric element holding part 31. In the present embodiment, the first elastic membrane separation unit 51 is constituted by a first elastic membrane removing unit 52 formed by removing the first elastic membrane 50 with a predetermined width. A second elastic film 55 is continuously formed in the elastic film removing portion 52.

このような第1の弾性膜分離部51は、少なくとも圧電素子保持部31に対向する領域内に設けられていればよいが、圧電素子保持部31に対向する領域内から、圧電素子保持部31の縁部の外側、すなわち、保護基板30が第1の弾性膜55に接合されている接合領域まで連続して形成されていることが好ましい(図2参照)。言い換えれば、圧電素子保持部31の縁部が、この第1の弾性膜分離部51に対向する領域に位置するように、保護基板30が流路形成基板10に接合されているのが好ましい。   Such a first elastic membrane separation unit 51 may be provided at least in a region facing the piezoelectric element holding unit 31, but from the region facing the piezoelectric element holding unit 31, the piezoelectric element holding unit 31. It is preferable that the outer edge of the protective substrate 30 is continuously formed up to the bonding region where the protective substrate 30 is bonded to the first elastic film 55 (see FIG. 2). In other words, it is preferable that the protective substrate 30 is bonded to the flow path forming substrate 10 so that the edge portion of the piezoelectric element holding portion 31 is located in a region facing the first elastic membrane separation portion 51.

これにより、振動板にクラックや割れが発生するのを防止することができる。具体的には、圧電素子保持部31の縁部には応力が集中し易く、この部分の振動板、特に、二酸化シリコンからなる第1の弾性膜50には応力集中によるクラックや割れ等が発生し易い。しかしながら、本実施形態のように、圧電素子保持部31の縁部の内側から外側まで連続的に第1の弾性膜分離部51(第1の弾性膜除去部52)を設け、この部分に第1の弾性膜50が存在しないようにすれば、振動板に応力集中に起因するクラック等が発生するのを防止することができる。したがって、このような構成によれば、振動板及び圧電素子からなる圧電アクチュエータの耐久性及び信頼性を向上したインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。また、歩留まりが向上するため、製造コストを大幅に削減することもできる。   Thereby, it can prevent that a crack and a crack generate | occur | produce in a diaphragm. Specifically, stress tends to concentrate on the edge portion of the piezoelectric element holding portion 31, and cracks or cracks due to stress concentration occur in this portion of the diaphragm, particularly the first elastic film 50 made of silicon dioxide. Easy to do. However, as in the present embodiment, the first elastic membrane separation portion 51 (first elastic membrane removal portion 52) is provided continuously from the inside to the outside of the edge of the piezoelectric element holding portion 31, and the first elastic membrane separation portion 51 is provided in this portion. If the elastic film 50 of 1 is not present, it is possible to prevent the vibration plate from being cracked due to stress concentration. Therefore, according to such a configuration, it is possible to realize an ink jet recording head in which durability and reliability of a piezoelectric actuator including a diaphragm and a piezoelectric element are improved. In addition, since the yield is improved, the manufacturing cost can be significantly reduced.

なお、このような第1の弾性膜分離部51(第1の弾性膜除去部52)は、例えば、図3に示すように、保護基板30の接合領域に亘って連続的に形成されていてもよい。これにより、応力集中による振動板のクラックの発生をさらに確実に防止することができる。   Note that such a first elastic membrane separation unit 51 (first elastic membrane removal unit 52) is formed continuously over the bonding region of the protective substrate 30, for example, as shown in FIG. Also good. Thereby, generation | occurrence | production of the crack of the diaphragm by stress concentration can be prevented further reliably.

また、第1の弾性膜分離部51(第1の弾性膜除去部52)は、例えば、図4に示すように、少なくとも圧電素子保持部31の縁部の内側のみに設けられてもよい。すなわち、圧電素子保持部31の接合領域には設けられていなくてもよい。このような構成では、圧電素子保持部の縁部に対向する領域で、振動板(第1の弾性膜50)に応力集中に起因するクラック等が発生する虞はある。しかしながら、仮にクラック等が発生した場合でも、このクラックの進行は第1の弾性膜分離部51で止まるため、圧電素子300に対向する領域の振動板にまで進行することはない。したがって、圧電アクチュエータの破壊は、確実に防止することができる。   Further, the first elastic membrane separation unit 51 (first elastic membrane removal unit 52) may be provided only at least inside the edge portion of the piezoelectric element holding unit 31, for example, as shown in FIG. That is, it does not have to be provided in the bonding region of the piezoelectric element holding portion 31. In such a configuration, there is a possibility that cracks or the like due to stress concentration may occur in the diaphragm (first elastic film 50) in a region facing the edge of the piezoelectric element holding portion. However, even if a crack or the like occurs, the progress of the crack stops at the first elastic membrane separation portion 51, and therefore does not proceed to the diaphragm in the region facing the piezoelectric element 300. Therefore, destruction of the piezoelectric actuator can be surely prevented.

また、このように第1の弾性膜分離部51(第1の弾性膜除去部52)は、少なくとも圧電素子保持部31の縁部の内側に設けられていればよいが、できるだけ圧電素子保持部31の縁部近傍、すなわち圧電素子300からは離れた位置に形成するのが望ましい。弾性膜分離部51によって圧電素子300の駆動による振動板の変位特性に影響を与えないようにするためである。   In addition, the first elastic membrane separation unit 51 (first elastic membrane removal unit 52) may be provided at least inside the edge of the piezoelectric element holding unit 31 as described above. It is desirable to form near the edge of 31, that is, at a position away from the piezoelectric element 300. This is so that the elastic membrane separation portion 51 does not affect the displacement characteristics of the diaphragm due to the driving of the piezoelectric element 300.

また、本実施形態では、第1の弾性膜分離部51を圧電素子保持部31の周囲に亘って連続的に形成するようにしたが、これに限定されず、第1の弾性膜分離部51は、圧電素子保持部31の周囲の一部のみに設けられていてもよい。なお、例えば、本実施形態のように、流路形成基板10に圧力発生室12と連通部13とを連通するインク供給路14が形成され、このインク供給路14に対応する領域に圧電素子保持部31の縁部が位置している場合、最低限この部分には、第1の弾性膜分離部51を設けておくことが望ましい。インク供給路14に対応する領域の振動板の下側には、流路形成基板10が存在しない領域があるため、この部分の振動板には応力集中によるクラックが発生しやすいからである。   In the present embodiment, the first elastic membrane separation portion 51 is continuously formed around the periphery of the piezoelectric element holding portion 31. However, the present invention is not limited thereto, and the first elastic membrane separation portion 51 is not limited thereto. May be provided only in a part of the periphery of the piezoelectric element holding portion 31. For example, as in this embodiment, an ink supply path 14 that connects the pressure generating chamber 12 and the communication portion 13 is formed in the flow path forming substrate 10, and the piezoelectric element is held in a region corresponding to the ink supply path 14. When the edge of the part 31 is located, it is desirable to provide the first elastic membrane separation part 51 at least in this part. This is because there is a region where the flow path forming substrate 10 does not exist below the vibration plate in a region corresponding to the ink supply path 14, and cracks due to stress concentration are likely to occur in this portion of the vibration plate.

またこのような保護基板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(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、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部となっている。   In addition, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm), and the sealing film 41 seals one surface of the reservoir portion 31. It has been stopped. The fixing plate 42 is made 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 an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Thus, it is a flexible part that can be deformed by a change in internal pressure.

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口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、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、第1の弾性膜50、第2の弾性膜55、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, ink is taken in from an ink introduction port connected to an external ink supply means (not shown), and the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21 is filled with ink, and then driving (not shown) is performed. In accordance with a recording signal from the circuit, a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generating chamber 12, and the first elastic film 50, the second elastic film 55, the lower electrode By bending and deforming the film 60 and the piezoelectric layer 70, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図5〜図7を参照して説明する。なお、図5〜図7は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。まず、図5(a)に示すように、シリコンウェハからなり流路形成基板10が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に第1の弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜53を形成する。また、この二酸化シリコン膜53をパターニングすることにより、所定位置、すなわち、後述する工程で接合される保護基板30の圧電素子保持部31の縁部に対応する領域に第1の弾性膜分離部51となる第1の弾性膜除去部52を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110として、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。   Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 5 to 7 are cross-sectional views of the pressure generation chamber 12 in the longitudinal direction. First, as shown in FIG. 5A, a flow path forming substrate wafer 110 made of a silicon wafer and integrally formed with a plurality of flow path forming substrates 10 is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. Then, a silicon dioxide film 53 constituting the first elastic film 50 is formed. Further, by patterning the silicon dioxide film 53, the first elastic film separating portion 51 is formed at a predetermined position, that is, in a region corresponding to the edge portion of the piezoelectric element holding portion 31 of the protective substrate 30 to be bonded in a process described later. The first elastic film removing portion 52 is formed. In this embodiment, a silicon wafer having a relatively thick film thickness of about 625 μm and a high rigidity is used as the flow path forming substrate wafer 110.

次に、図5(b)に示すように、第1の弾性膜50(二酸化シリコン膜53)上に、酸化ジルコニウムからなる第2の弾性膜55を形成する。具体的には、第1の弾性膜50(二酸化シリコン膜53)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO)からなる第2の弾性膜55を形成する。このとき、第2の弾性膜55が、第1の弾性膜50上から第1の弾性膜除去部52内に亘って連続的に形成され、これにより第1の弾性膜分離部51が形成される。 Next, as shown in FIG. 5B, a second elastic film 55 made of zirconium oxide is formed on the first elastic film 50 (silicon dioxide film 53). Specifically, after a zirconium (Zr) layer is formed on the first elastic film 50 (silicon dioxide film 53) by, for example, sputtering, the zirconium layer is formed in a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C., for example. A second elastic film 55 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) is formed by thermal oxidation. At this time, the second elastic membrane 55 is continuously formed from above the first elastic membrane 50 to the inside of the first elastic membrane removing section 52, whereby the first elastic membrane separating section 51 is formed. The

次いで、図5(c)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを第2の弾性膜55上に積層することにより下電極膜60を形成した後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。次に、図5(d)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、イリジウムからなる上電極膜80とを流路形成基板用ウェハ110の全面に形成し、これら圧電体層70及び上電極膜80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。   Next, as shown in FIG. 5C, for example, after the lower electrode film 60 is formed by laminating platinum and iridium on the second elastic film 55, the lower electrode film 60 is patterned into a predetermined shape. To do. Next, as shown in FIG. 5 (d), a piezoelectric layer 70 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) and an upper electrode film 80 made of, for example, iridium are connected to a wafer 110 for flow path forming substrate. The piezoelectric element 300 is formed by patterning the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 in regions facing the pressure generation chambers 12.

なお、圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子300の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、PbTiO(PT)、PbZrO(PZ)、Pb(ZrTi1−x)O(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O−PbTiO(PMN−PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O−PbTiO(PZN−PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O−PbTiO(PNN−PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O−PbTiO(PIN−PT)、Pb(Sc1/3Ta2/3)O−PbTiO(PST−PT)、Pb(Sc1/3Nb2/3)O−PbTiO(PSN−PT)、BiScO−PbTiO(BS−PT)、BiYbO−PbTiO(BY−PT)等が挙げられる。 The material of the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300 is, for example, a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), or niobium, nickel, magnesium, bismuth, yttrium, or the like. A relaxor ferroelectric or the like to which a metal is added is used. The composition may be appropriately selected in consideration of the characteristics, application, etc. of the piezoelectric element 300. For example, PbTiO 3 (PT), PbZrO 3 (PZ), Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (PZT) ), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PZN-PT), Pb (Ni 1 ) / 3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3 (PNN-PT), Pb (In 1/2 Nb 1/2) O 3 -PbTiO 3 (PIN-PT), Pb (Sc 1/3 Ta 2/3 ) O 3 —PbTiO 3 (PST-PT), Pb (Sc 1/3 Nb 2/3 ) O 3 —PbTiO 3 (PSN-PT), BiScO 3 —PbTiO 3 (BS-PT), BiYbO 3 —PbTiO 3 (BY PT), and the like.

また、圧電体層70の形成方法は、特に限定されないが、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−ゲル法を用いて圧電体層70を形成した。   The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited. For example, in this embodiment, a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a catalyst is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature. The piezoelectric layer 70 was formed by using a so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric layer 70 made of an oxide.

次に、図6(a)に示すように、リード電極90を形成する。具体的には、まず流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなる金属層95を形成する。そして、この金属層95上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を形成し、このマスクパターンを介して金属層95を圧電素子300毎にパターニングすることによりリード電極90を形成する。   Next, as shown in FIG. 6A, lead electrodes 90 are formed. Specifically, first, a metal layer 95 made of, for example, gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110. Then, a mask pattern (not shown) made of, for example, a resist is formed on the metal layer 95, and the lead electrode 90 is formed by patterning the metal layer 95 for each piezoelectric element 300 through the mask pattern. .

次に、図6(b)に示すように、パターニングされた複数の圧電素子を保持する保護基板30が複数一体的に形成される保護基板用ウェハ130を、流路形成基板用ウェハ110上に例えば接着剤35によって接合する。なお、保護基板用ウェハ130には、リザーバ部32、圧電素子保持部31等が予め形成されている。また、保護基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するシリコンウェハであり、保護基板用ウェハ130を接合することで流路形成基板用ウェハ110の剛性は著しく向上することになる。   Next, as shown in FIG. 6B, a protective substrate wafer 130 in which a plurality of protective substrates 30 holding a plurality of patterned piezoelectric elements are integrally formed is formed on a flow path forming substrate wafer 110. For example, the bonding is performed by the adhesive 35. Note that a reservoir portion 32, a piezoelectric element holding portion 31, and the like are formed in advance on the protective substrate wafer 130. Further, the protective substrate wafer 130 is a silicon wafer having a thickness of about 400 μm, for example, and the rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is significantly improved by bonding the protective substrate wafer 130.

次いで、図6(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130側とは反対側の面を加工して、流路形成基板用ウェハ110を所定の厚みにする。具体的には、まず、流路形成基板用ウェハ110をある程度の厚さとなるまで研削する。その後、さらに、例えば、フッ硝酸等のエッチング液を用いてウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ110を所定の厚さに形成する。   Next, as shown in FIG. 6C, the surface opposite to the protective substrate wafer 130 side of the flow path forming substrate wafer 110 is processed so that the flow path forming substrate wafer 110 has a predetermined thickness. . Specifically, the flow path forming substrate wafer 110 is first ground to a certain thickness. Thereafter, the flow path forming substrate wafer 110 is formed to a predetermined thickness by wet etching using an etchant such as hydrofluoric acid.

次に、図7(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなる保護膜54を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図7(b)に示すように、この保護膜54をマスクとして流路形成基板用ウェハ110を異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、流路形成基板用ウェハ110に圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14等を形成する。次いで、図7(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の連通部13と、保護基板用ウェハ130のリザーバ部32との間の第1の弾性膜50及び第2の弾性膜55を除去し、連通部13とリザーバ部32とを連通させてリザーバ100を形成する。   Next, as shown in FIG. 7A, a protective film 54 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, as shown in FIG. 7B, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched (wet etching) using the protective film 54 as a mask, so that a pressure generating chamber is formed in the flow path forming substrate wafer 110. 12, a communication portion 13, an ink supply path 14, and the like are formed. Next, as shown in FIG. 7C, the first elastic film 50 and the second elastic film between the communication portion 13 of the flow path forming substrate wafer 110 and the reservoir portion 32 of the protective substrate wafer 130. 55 is removed, and the communication unit 13 and the reservoir unit 32 are connected to form the reservoir 100.

その後は、図示しないが、流路形成基板用ウェハ110及び保護基板用ウェハ130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130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20を接合すると共に、保護基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合し、これら流路形成基板用ウェハ110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分離することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。   Thereafter, although not shown, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are removed by cutting, for example, by dicing. The nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer 130 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer 130. The ink jet recording head having the above-described structure is manufactured by separating the flow path forming substrate wafer 110 and the like into a single chip size flow path forming substrate 10 as shown in FIG.

(実施形態2)
図8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。本実施形態は、第1の弾性膜分離部51の他の例であり、図8に示すように、第1の弾性膜分離部51が、流路形成基板10であるシリコン単結晶基板によって構成されている以外は、実施形態1と同様である。勿論、このような構成としても、実施形態1と同様の効果が得られる。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a cross-sectional view of the ink jet recording head according to the second embodiment. The present embodiment is another example of the first elastic membrane separation unit 51. As shown in FIG. 8, the first elastic membrane separation unit 51 is configured by a silicon single crystal substrate that is the flow path forming substrate 10. Except that, it is the same as the first embodiment. Of course, even with such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

なお、このような本実施形態に係る第1の弾性膜分離部51の形成方法は、特に限定されないが、例えば、実施形態1と同様に、流路形成基板10(流路形成基板用ウェハ110)を熱酸化することによって第1の弾性膜50(二酸化シリコン膜53)を形成する場合、所定のマスクによって第1の弾性膜分離部51となる部分を保護した状態で流路形成基板10を熱酸化し、第1の弾性膜分離部51となる部分以外の領域に熱酸化膜からなる第1の弾性膜50を形成すればよい。   A method for forming the first elastic membrane separation unit 51 according to the present embodiment is not particularly limited. For example, as in the first embodiment, the flow path forming substrate 10 (flow path forming substrate wafer 110). ) Is thermally oxidized to form the first elastic film 50 (silicon dioxide film 53), the flow path forming substrate 10 is protected in a state in which a portion serving as the first elastic film separating portion 51 is protected by a predetermined mask. The first elastic membrane 50 made of a thermal oxide film may be formed in a region other than the portion that becomes the first elastic membrane separation portion 51 by thermal oxidation.

(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。例えば、上述の実施形態では、流路形成基板(流路形成基板用ウェハ)を熱酸化することによって熱酸化膜からなる第1の弾性膜50を例示したが、第1の弾性膜50の形成方法は、特に限定されず、勿論、第1の弾性膜50をCVD法等によって形成するようにしてもよい。また、例えば、実施形態1では、第1の弾性膜除去部52内に、第1の弾性膜50上に形成される第2の弾性膜55が連続的に形成された構造を例示したが、これに限定されず、第1の弾性膜除去部52内に、例えば、窒化シリコン等からなる層を別途設けて第1の弾性膜分離部51を形成するようにしてもよい。
(Other embodiments)
While the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to that described above. For example, in the above-described embodiment, the first elastic film 50 made of the thermal oxide film is exemplified by thermally oxidizing the flow path forming substrate (flow path forming substrate wafer). However, the first elastic film 50 is formed. The method is not particularly limited. Of course, the first elastic film 50 may be formed by a CVD method or the like. Further, for example, in the first embodiment, the structure in which the second elastic film 55 formed on the first elastic film 50 is continuously formed in the first elastic film removing unit 52 is exemplified. However, the present invention is not limited thereto, and the first elastic membrane separation unit 51 may be formed by separately providing a layer made of, for example, silicon nitride in the first elastic membrane removal unit 52.

また、このような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9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。図9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1B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。   Such an ink jet recording head constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 9 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 9, in the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head, cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are 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, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively.

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 and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is conveyed on the platen 8. It is like that.

なお、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。   In the above-described embodiment, an ink jet recording head has been described as an example of a liquid ejecting head. However, the present invention is intended for a wide range of liquid ejecting heads, and is a liquid that ejects liquids other than ink. Of course, the present invention can also be applied to an ejection head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (surface emitting displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.

実施形態1に係る記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る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 cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a modification of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a modification of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態2に係る記録ヘッドの断面図である。6 is a cross-sectional view of a recording head according to Embodiment 2. FIG. 一実施形態に係る記録装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a recording apparatus according to an embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 圧電素子保持部、 32 リザーバ部、 40 コンプライアンス基板、 50 第1の弾性膜、 51 第1の弾性膜分離部、 52 第1の弾性膜除去部、 55 第2の弾性膜、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 100 リザーバ、 300 圧電素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generation chamber, 13 Communication part, 14 Ink supply path, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board, 31 Piezoelectric element holding part, 32 Reservoir part, 40 Compliance board, 50 1st Elastic membrane, 51 first elastic membrane separation unit, 52 first elastic membrane removal unit, 55 second elastic membrane, 60 lower electrode film, 70 piezoelectric layer, 80 upper electrode film, 90 lead electrode, 100 reservoir, 300 Piezoelectric element

Claims (9)

液体を噴射する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設けられて二酸化シリコンからなる第1の弾性膜と該第1の弾性膜上に設けられて当該第1の弾性膜よりも靭性の高い材料からなる第2の弾性膜とを少なくとも有する振動板と、該振動板上に設けられて下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記振動板上に接合され前記圧電素子を保護する圧電素子保持部を有する保護基板とを具備し、且つ前記圧電素子保持部の縁部の少なくとも内側に、前記振動板を構成する前記第1の弾性膜を当該圧電素子保持部の縁部に沿って分離する第1の弾性膜分離部を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。 A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for injecting liquid is formed, a first elastic film made of silicon dioxide provided on one side of the flow path forming substrate, and the first elasticity A diaphragm having at least a second elastic film made of a material having higher toughness than the first elastic film provided on the film, and a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on the diaphragm And a protective substrate having a piezoelectric element holding portion which is bonded onto the diaphragm of the flow path forming substrate and protects the piezoelectric element, and at least inside the edge of the piezoelectric element holding portion The liquid ejecting head further includes a first elastic film separating portion that separates the first elastic film constituting the diaphragm along the edge of the piezoelectric element holding portion. 請求項1において、前記第1の弾性膜分離部が、前記第1の弾性膜を除去した第1の弾性膜除去部で構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the first elastic membrane separation unit includes a first elastic membrane removing unit from which the first elastic membrane is removed. 請求項1において、前記第1の弾性膜分離部が、前記流路形成基板の一部で構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the first elastic membrane separation unit is configured by a part of the flow path forming substrate. 請求項1〜3の何れかにおいて、前記第1の弾性膜分離部が、前記圧電素子保持部の縁部の外側まで連続的に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 4. The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the first elastic membrane separation portion is continuously provided to an outside of an edge portion of the piezoelectric element holding portion. 請求項1〜4の何れかにおいて、前記第1の弾性膜分離部が、前記圧電素子保持部の周縁の接合領域に亘って連続的に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 5. The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the first elastic membrane separation unit is continuously provided over a bonding region at a peripheral edge of the piezoelectric element holding unit. 請求項1〜5の何れかにおいて、前記第1の弾性膜分離部が、前記圧電素子保持部の縁部に、全周に亘って連続的に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the first elastic membrane separating portion is continuously provided over an entire circumference at an edge of the piezoelectric element holding portion. . 請求項1〜6の何れかにおいて、前記流路形成基板が前記圧力発生室よりも狭い幅を有し複数の圧力発生室の共通インク室と各圧力発生室とを連通するインク供給路を具備すると共に、前記保護基板が、前記インク供給路に対向する領域で前記振動板に接合され、前記圧電素子保持部の縁部の少なくとも前記インク供給路に対向する領域に、前記第1の弾性膜分離部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 7. The ink supply path according to claim 1, wherein the flow path forming substrate has a narrower width than the pressure generation chamber and communicates the common ink chamber of the plurality of pressure generation chambers with each pressure generation chamber. In addition, the protective substrate is bonded to the diaphragm in a region facing the ink supply path, and the first elastic film is formed in at least a region of the edge of the piezoelectric element holding portion facing the ink supply path. A liquid ejecting head including a separation unit. 請求項1〜7の何れかにおいて、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなり、前記第1の弾性膜が当該流路形成基板を熱酸化することによって形成された熱酸化膜であることを特徴とする液体噴射ヘッド。 8. The flow path forming substrate according to claim 1, wherein the flow path forming substrate is a silicon single crystal substrate, and the first elastic film is a thermal oxide film formed by thermally oxidizing the flow path forming substrate. A liquid ejecting head characterized by the above. 請求項1〜8の何れかの液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。 A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 1.
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