JP2006239966A - Liquid jetting head and liquid jetting apparatus - Google Patents

Liquid jetting head and liquid jetting apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2006239966A
JP2006239966A JP2005056685A JP2005056685A JP2006239966A JP 2006239966 A JP2006239966 A JP 2006239966A JP 2005056685 A JP2005056685 A JP 2005056685A JP 2005056685 A JP2005056685 A JP 2005056685A JP 2006239966 A JP2006239966 A JP 2006239966A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
diaphragm
layer
stress relaxation
piezoelectric element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005056685A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4645816B2 (en
Inventor
Tomoaki Takahashi
智明 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2005056685A priority Critical patent/JP4645816B2/en
Priority to US11/364,011 priority patent/US7524038B2/en
Publication of JP2006239966A publication Critical patent/JP2006239966A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4645816B2 publication Critical patent/JP4645816B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid jetting head which can stabilize a liquid ejection characteristic in a good state and can also prevent breakage of a diaphragm, and to provide a liquid jetting apparatus. <P>SOLUTION: The liquid jetting head is equipped with a channel forming substrate 10 where pressure generating chambers communicating with nozzle openings are formed; and piezoelectric elements each comprised of a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode set via the diaphragm at one face side of the channel forming substrate 10. At the same time, the liquid jetting head has a laminated electrode 140 which consists of a layer different from the lower electrode and upper electrode. The laminated electrode 140 is set on the diaphragm outside of a region corresponding to the pressure generating chambers and is electrically connected with the lower electrode 60. A stress relaxing layer 150 formed of a material whose coefficient of linear expansion is larger than that of the diaphragm and smaller than that of the laminated electrode 140 is set at a region corresponding to at least an end of the laminated electrode 140 between the laminated electrode 140 and the diaphragm. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、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。   The present invention relates to a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus, and in particular, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is configured by a vibration plate, and a piezoelectric element is formed on the surface of the vibration plate. The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that eject ink droplets by displacement of a piezoelectric element.

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。   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.

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 can change the volume of the pressure generation chamber by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the diaphragm, and it is possible to manufacture a head suitable for high-density printing, while the piezoelectric element is arranged in an array of nozzle openings. There is a problem that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the pitch into a comb-like shape and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are necessary.

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, the latter can flexibly vibrate, although a piezoelectric element can be built on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of piezoelectric material according to the shape of the pressure generation chamber and firing it. There is a problem that a certain amount of area is required for the use of, and high-density arrangement is difficult.

このような後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、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ある。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。   In order to eliminate the disadvantages of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer corresponds to the pressure generating chamber by lithography. There is one in which piezoelectric elements are formed so as to be separated into shapes and independent for each pressure generating chamber. This eliminates the need to affix the piezoelectric element to the diaphragm, and not only enables the piezoelectric element to be densely formed by a precise and simple technique called lithography, but also reduces the thickness of the piezoelectric element. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed.

しかしながら、このように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、各圧電素子の一方の電極(共通電極)が複数の圧電素子に共通して設けられているため、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。なお、薄膜で形成された圧電素子の電極はその膜厚が薄いため抵抗値が比較的高く、このような問題が特に生じやすい。   However, in such an ink jet recording head in which piezoelectric elements are arranged at high density, one electrode (common electrode) of each piezoelectric element is provided in common to a plurality of piezoelectric elements. If the ink droplets are simultaneously driven to discharge a large number of ink droplets at once, there is a problem that a voltage drop occurs, the displacement amount of the piezoelectric element becomes unstable, and the ink discharge characteristics deteriorate. Note that the electrode of the piezoelectric element formed of a thin film has a relatively high resistance value because of its thin film thickness, and this problem is particularly likely to occur.

このような問題を解決するために、例えば、圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に、圧電素子の共通電極と電気的に接続される接続配線層を設け、共通電極の抵抗値を実質的に低下させるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。   In order to solve such a problem, for example, a connection wiring layer electrically connected to the common electrode of the piezoelectric element is provided in a region facing the vicinity of the longitudinal end portion of the piezoelectric element, and the resistance value of the common electrode is set. There is one that is substantially reduced (for example, see Patent Document 1).

ここで、接続配線層は、共通電極の抵抗を下げるため、比較的導電性の高い材料、例えば、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属材料で形成されている。また、その厚みは振動板の厚みとほぼ同程度、例えば、1〜3μm程度に形成される。これに対し、振動板は、比較的導電性の低い材料で形成されていることが多い。例えば、特許文献1には、単結晶シリコン基板である流路形成基板を熱酸化することによって形成された二酸化シリコン(SIO)からなる弾性膜を含む振動板が開示されている。 Here, the connection wiring layer is formed of a material having relatively high conductivity, for example, a metal material such as gold (Au) or aluminum (Al) in order to reduce the resistance of the common electrode. Further, the thickness thereof is approximately the same as the thickness of the diaphragm, for example, about 1 to 3 μm. On the other hand, the diaphragm is often formed of a material having relatively low conductivity. For example, Patent Document 1 discloses a diaphragm including an elastic film made of silicon dioxide (SIO 2 ) formed by thermally oxidizing a flow path forming substrate that is a single crystal silicon substrate.

また、接続配線層の製造方法としては、スパッタリング法や、蒸着法で成膜した後に、エッチングによりパターニングする方法が一般的である。スパッタリング法や蒸着法で下地との密着力のよい膜を得るためには、接続配線層が形成される流路形成基板(振動板)を100〜300℃程度に加熱しながら成膜を行う必要がある。さらに、スパッタリング法では、流路形成基板(振動板)に原子が衝突しながら成膜が進むため、たとえ流路形成基板を加熱しなくても流路形成基板(振動板)の温度は150〜300℃に達してしまう。   Further, as a method for manufacturing the connection wiring layer, a method of patterning by etching after forming a film by sputtering or vapor deposition is common. In order to obtain a film having good adhesion to the substrate by sputtering or vapor deposition, it is necessary to form the film while heating the flow path forming substrate (vibrating plate) on which the connection wiring layer is formed to about 100 to 300 ° C. There is. Furthermore, in the sputtering method, the film formation proceeds while atoms collide with the flow path forming substrate (vibrating plate). Therefore, even if the flow path forming substrate is not heated, the temperature of the flow path forming substrate (vibrating plate) is 150- It reaches 300 ° C.

このため、接続配線層をスパッタリング法等によって成膜すると、振動板と接続配線層との冷却時の収縮量の違いにより、振動板には残留膜応力が作用してしまうという問題がある。すなわち、振動板に残留膜応力が作用することで、例えば、ヘッド組立時の加圧や、ヘッド使用時のキャッピングなどの外力が加わると、接続配線層の周囲の振動板が比較的簡単に割れてしまうという問題がある。   For this reason, when the connection wiring layer is formed by a sputtering method or the like, there is a problem that residual film stress acts on the vibration plate due to a difference in contraction amount when the vibration plate and the connection wiring layer are cooled. That is, the residual film stress acts on the diaphragm, so that, for example, when an external force such as pressurization during head assembly or capping when using the head is applied, the diaphragm around the connection wiring layer is relatively easily cracked. There is a problem that it ends up.

なお、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はなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。   Such a problem exists not only in an ink jet recording head that ejects ink, but also in other liquid ejecting heads that eject droplets other than ink.

特開2004−1431号公報(特許請求の範囲等)JP 2004-1431 A (Claims etc.)

本発明はこのような事情に鑑み、液体吐出特性を良好な状態に安定させることができ且つ振動板の破壊を防止することができる液体噴射ヘッド及び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 and a liquid ejecting apparatus that can stabilize the liquid ejection characteristics in a good state and prevent the vibration plate from being destroyed.

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、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備すると共に、前記下電極及び前記上電極とは異なる層で構成され前記圧力発生室に対応する領域の外側の前記振動板上に設けられて前記下電極と電気的に接続される積層電極を有し、且つ該積層電極と前記振動板との間には、少なくとも前記積層電極の端部に対応する領域に、線膨張係数が前記振動板よりも大きく前記積層電極よりも小さい材料からなる応力緩和層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1の態様では、応力緩和層を設けることで、少なくとも積層電極の端部に対応する部分での振動板への応力集中が抑えられ、この応力集中に起因する振動板の破壊が防止される。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problem, a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is formed, and a lower surface provided on one surface side of the flow path forming substrate via a diaphragm. A piezoelectric element composed of an electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode, and is provided on the diaphragm outside the region corresponding to the pressure generating chamber, which is formed of a layer different from the lower electrode and the upper electrode. A laminated electrode electrically connected to the lower electrode, and a coefficient of linear expansion between the laminated electrode and the diaphragm is at least in a region corresponding to an end of the laminated electrode. In the liquid jet head, a stress relaxation layer made of a material larger than the plate and smaller than the laminated electrode is provided.
In the first aspect, by providing the stress relaxation layer, the stress concentration on the diaphragm at least at the portion corresponding to the end of the laminated electrode is suppressed, and the diaphragm is prevented from being destroyed due to the stress concentration. The

本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記応力緩和層が、前記積層電極の端部に対応する領域のみ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2の態様では、積層電極の端部での振動板への応力集中がより効果的に抑えられる。
According to a second aspect of the present invention, in the liquid jet head according to the first aspect, the stress relaxation layer is provided only in a region corresponding to an end portion of the laminated electrode.
In the second aspect, the stress concentration on the diaphragm at the end of the laminated electrode is more effectively suppressed.

本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、前記応力緩和層が、前記積層電極の縁部の外側まで張り出して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3の態様では、積層電極の端部での振動板への応力集中がより効果的に抑えられる。
According to a third aspect of the present invention, in the liquid jet head according to the first or second aspect, the stress relaxation layer is provided so as to extend to an outside of an edge portion of the laminated electrode.
In the third aspect, the stress concentration on the diaphragm at the end of the laminated electrode is more effectively suppressed.

本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記応力緩和層が、セラミックス材料からな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、振動板への応力集中をさらに確実に抑えることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the liquid jet head according to any one of the first to third aspects, the stress relaxation layer is made of a ceramic material.
In the fourth aspect, the stress concentration on the diaphragm can be more reliably suppressed.

本発明の第5の態様は、第4の態様において、前記応力緩和層が、前記圧電素子を構成する前記圧電体層と同一の層からなり、且つ前記圧電素子を構成する前記圧電体層とは分離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5の態様では、圧電素子と同一プロセスで、応力緩和層を比較的容易に形成することができると共に、圧電素子の応力伝播を効果的に抑制することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the stress relaxation layer is formed of the same layer as the piezoelectric layer that constitutes the piezoelectric element, and the piezoelectric layer that constitutes the piezoelectric element; Are separated from each other in the liquid ejecting head.
In the fifth aspect, the stress relaxation layer can be formed relatively easily in the same process as the piezoelectric element, and the stress propagation of the piezoelectric element can be effectively suppressed.

本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様において、前記応力緩和層の厚さが、前記積層電極の厚さと同一か又はそれよりも厚い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、振動板及び積層電極に生じる応力が、応力緩和層によってさらに確実に緩和される。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the thickness of the stress relaxation layer is equal to or greater than the thickness of the multilayer electrode. It is in.
In the sixth aspect, the stress generated in the diaphragm and the laminated electrode is more reliably relaxed by the stress relaxation layer.

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シリコン単結晶基板からなると共に、前記振動板が前記流路形成基板の表面に形成された二酸化シリコンからなる弾性膜を少なくとも含む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、二酸化シリコンからなる弾性膜には、応力集中による割れが特に発生しやすいが、応力緩和層を設けることで、弾性膜に生じる割れも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 is made of a silicon single crystal substrate, and the diaphragm is formed on a surface of the flow path forming substrate. The liquid ejecting head includes at least an elastic film made of silicon.
In the seventh aspect, cracks due to stress concentration are particularly likely to occur in the elastic film made of silicon dioxide, but by providing a stress relaxation layer, it is also possible to prevent cracks occurring in the elastic film.

本発明の第8の態様は、第1〜7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8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。
An eighth aspect of the present invention is a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to any one of the first to seventh aspects.
In the eighth 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A−A’断面図である。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、図示するように、その一方の面には、二酸化シリコンからなり厚さ0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。この流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向に沿って並設されている。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が形成されている。連通部13と各圧力発生室12とは、圧力発生室12と略同一幅で形成されるインク連通路14と、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されるインク供給路15を介して連通されている。なお、連通部13は、後述する保護基板のリザーバ部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の一部を構成する。インク供給路15は、インク連通路14からを圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。また、圧力発生室12の列の外側の領域には、圧力発生室12の長手方向に平行な複数の接着逃げ溝16が流路形成基板10を貫通して設けられている。なお、この接着逃げ溝16は、後述する保護基板を接着剤によって流路形成基板10に接合する際、余分な接着剤が圧力発生室12内に流れ込むのを防止する役割を果たしている。
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 of FIG. In this embodiment, the flow path forming substrate 10 is composed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), and as shown in the drawing, one surface thereof is composed of silicon dioxide and has an elastic film thickness of 0.5 to 2 μm. 50 is formed. A plurality of pressure generating chambers 12 are arranged in parallel along 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 generating chamber 12 of the flow path forming substrate 10. The communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 communicate with each other via an ink communication passage 14 formed with substantially the same width as the pressure generation chamber 12 and an ink supply passage 15 formed with a width narrower than the pressure generation chamber 12. Has been. The communication part 13 constitutes a part of a reservoir that communicates with a reservoir part of a protective substrate, which will be described later, and serves as a common ink chamber for the pressure generating chambers 12. The ink supply path 15 keeps the flow path resistance of the ink flowing from the ink communication path 14 into the pressure generation chamber 12 constant. In addition, a plurality of adhesion relief grooves 16 parallel to the longitudinal direction of the pressure generation chambers 12 are provided in a region outside the row of the pressure generation chambers 12 so as to penetrate the flow path forming substrate 10. The adhesion escape groove 16 serves to prevent excess adhesive from flowing into the pressure generating chamber 12 when a protective substrate, which will be described later, is bonded to the flow path forming substrate 10 with an adhesive.

流路形成基板10の開口面側には、圧力発生室12を形成する際のエッチングマスクとして用いられたマスク膜51を介して、各圧力発生室12のインク供給路15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2.5〜20[×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等からなる。 On the opening surface side of the flow path forming substrate 10, an end opposite to the ink supply path 15 of each pressure generation chamber 12 is provided via a mask film 51 used as an etching mask when forming the pressure generation chamber 12. A nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the portion is fixed through an adhesive, a heat welding 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, and a glass ceramic or silicon single crystal of, for example, 2.5 to 20 [× 10 −6 / ° C.]. It consists of a 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、厚さが例えば約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、酸化ジルコニウム(ZrO)からなり厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、白金(Pt)及びイリジウム(Ir)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)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(Ir)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。なお、弾性膜50と絶縁体膜55とを合わせて振動板と称する。 On the other hand, as described above, the elastic film 50 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. An insulator film 55 made of zirconium (ZrO 2 ) and having a thickness of, for example, about 0.4 μm is formed. Further, the insulator film 55 is made of platinum (Pt) and iridium (Ir) and has a thickness of, for example, a lower electrode film 60 of about 0.2 μm and lead zirconate titanate (PZT). For example, a piezoelectric layer 70 having a thickness of about 1.0 μm and an upper electrode film 80 made of iridium (Ir) and having a thickness of about 0.05 μm, for example, are laminated by a process described later to form the piezoelectric element 300. It is composed. The elastic film 50 and the insulator film 55 are collectively referred to as a diaphragm.

なお、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を用いてもよい。その組成は、圧電素子の特性、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。 As a material of the piezoelectric layer 70, for example, a relaxor ferroelectric material obtained by adding a metal such as niobium, nickel, magnesium, bismuth or yttrium to a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT). Etc. may be used. The composition may be appropriately selected in consideration of the characteristics and application of the piezoelectric element. 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 Etc. The.

ここで圧電素子300とは、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を圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、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、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。また、詳しくは後述するが、圧電素子300の個別電極である各上電極膜80には、上電極用引き出し電極90が接続されており、この上電極用引き出し電極90を介して、各圧電素子300に電圧が印加されるようになっている。   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. A portion that is composed of 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. As will be described in detail later, an upper electrode lead electrode 90 is connected to each upper electrode film 80 which is an individual electrode of the piezoelectric element 300, and each piezoelectric element is connected via the upper electrode lead electrode 90. A voltage is applied to 300.

以下、圧電素子300の構造について詳しく説明する。圧電素子300の共通電極である下電極膜60は、本実施形態では、圧力発生室12の長手方向では圧力発生室12に対向する領域内に形成され、圧力発生室12の並設方向では複数の圧力発生室12に対応する領域に亘って連続的に設けられている。また、下電極膜60は、圧力発生室12の並設方向で流路形成基板10の端部近傍まで延設され、本実施形態では、並設された複数の圧電素子300及び上電極用引き出し電極90の周囲を囲んで連続的に設けられている。一方、圧電素子300を構成する圧電体層70及び上電極膜80は、基本的には圧力発生室12に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室12の長手方向では、下電極膜60の端部よりも外側まで延設されており、下電極膜60の端面は圧電体層70によって覆われている。   Hereinafter, the structure of the piezoelectric element 300 will be described in detail. In this embodiment, the lower electrode film 60 that is a common electrode of the piezoelectric element 300 is formed in a region facing the pressure generation chamber 12 in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12, and a plurality of lower electrode films 60 are arranged in the parallel direction of the pressure generation chambers 12. Are continuously provided over a region corresponding to the pressure generation chamber 12. Further, the lower electrode film 60 extends to the vicinity of the end portion of the flow path forming substrate 10 in the direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged. In the present embodiment, the plurality of arranged piezoelectric elements 300 and the upper electrode lead are provided. The electrode 90 is continuously provided around the periphery. On the other hand, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 constituting the piezoelectric element 300 are basically provided in a region facing the pressure generating chamber 12, but in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12, the lower electrode The film 60 extends outward from the end of the film 60, and the end surface of the lower electrode film 60 is covered with the piezoelectric layer 70.

また、このような圧電素子300を構成する各層は、無機絶縁材料からなる第1の絶縁膜100によって覆われており、上電極用引き出し電極90は、この第1の絶縁膜100を介して各圧電素子300の上電極膜80に接続されている。詳細には、上電極用引き出し電極90は、本実施形態では、上電極膜80に接続される第1のリード電極91と、第1のリード電極91に接続される第2のリード電極94とで構成されている。そして、第1のリード電極91が、この第1の絶縁膜100上に延設され、その一端部近傍が第1の絶縁膜100に形成されたコンタクトホール101を介して上電極膜80に接続されている。また、この第1のリード電極91及び圧電素子300を構成する各層は、第1の絶縁膜100と同様の無機絶縁材料で形成される第2の絶縁膜110によってさらに覆われている。上電極用引き出し電極90を構成する第2のリード電極94は、この第2の絶縁膜110上に延設され、その一端部が第2の絶縁膜110に形成されたコンタクトホール111を介して第1のリード電極91の他端部に接続されている。そして、第2のリード電極94の他端部近傍は、後述する保護基板30上に実装される駆動ICと電気的に接続されるようになっている。   Further, each layer constituting such a piezoelectric element 300 is covered with a first insulating film 100 made of an inorganic insulating material, and the upper electrode lead electrode 90 is connected to each of the first insulating film 100 via the first insulating film 100. The upper electrode film 80 of the piezoelectric element 300 is connected. Specifically, the upper electrode lead electrode 90 includes a first lead electrode 91 connected to the upper electrode film 80 and a second lead electrode 94 connected to the first lead electrode 91 in the present embodiment. It consists of Then, the first lead electrode 91 is extended on the first insulating film 100, and the vicinity of one end thereof is connected to the upper electrode film 80 through the contact hole 101 formed in the first insulating film 100. Has been. Each layer constituting the first lead electrode 91 and the piezoelectric element 300 is further covered with a second insulating film 110 formed of an inorganic insulating material similar to that of the first insulating film 100. The second lead electrode 94 constituting the upper electrode lead electrode 90 extends on the second insulating film 110, and one end of the second lead electrode 94 passes through a contact hole 111 formed in the second insulating film 110. The other end of the first lead electrode 91 is connected. The vicinity of the other end of the second lead electrode 94 is electrically connected to a drive IC mounted on a protective substrate 30 described later.

ここで、第1のリード電極91は、例えば、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、銅(Cu)、チタンタングステン(TiW)等で形成される密着層92と、例えば、金(Au)、アルミニウム(Al)等で形成される金属層93とからなる。なお、本実施形態では、第1のリード電極91を構成する密着層92がチタンタングステン(TiW)からなり、金属層93がアルミニウム(Al)からなり、厚さは約1μmである。第2のリード電極94は、第1のリード電極91と同様に、密着層95と金属層96とで構成されている。例えば、本実施形態では、第2のリード電極94を構成する密着層95はニッケルクロム(NiCr)からなり、金属層96は金(Au)からなり、厚さは約1μmである。第1及び第2の絶縁膜100,110の材料としては、無機絶縁材料であれば特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム(AlO)、酸化タンタル(TaO)等が挙げられるが、特に、無機アモルファス材料である、例えば、酸化アルミニウム(Al)等を用いるのが好ましい。 Here, the first lead electrode 91 includes, for example, an adhesion layer 92 formed of nickel (Ni), chromium (Cr), titanium (Ti), copper (Cu), titanium tungsten (TiW), and the like, It consists of a metal layer 93 formed of gold (Au), aluminum (Al) or the like. In the present embodiment, the adhesion layer 92 constituting the first lead electrode 91 is made of titanium tungsten (TiW), the metal layer 93 is made of aluminum (Al), and the thickness is about 1 μm. Similar to the first lead electrode 91, the second lead electrode 94 includes an adhesion layer 95 and a metal layer 96. For example, in this embodiment, the adhesion layer 95 constituting the second lead electrode 94 is made of nickel chrome (NiCr), the metal layer 96 is made of gold (Au), and the thickness is about 1 μm. The material of the first and second insulating films 100 and 110 is not particularly limited as long as it is an inorganic insulating material. Examples thereof include aluminum oxide (AlO x ) and tantalum oxide (TaO x ). An inorganic amorphous material such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is preferably used.

また、並設された圧力発生室12に対応する領域の外側の下電極膜60上には、第1のリード電極91と同一層(密着層92及び金属層93)からなる第1の積層電極140が設けられ、下電極膜60と電気的に接続されている。さらに、並設された圧電素子300同士の間の領域には、例えば、10個の圧電素子300に対して1本程度の割合で、第1の積層電極140から連続する下電極用引き出し配線97が設けられている。すなわち、下電極用引き出し配線97は、第1のリード電極91を構成する密着層92及び金属層93で構成されている。そして、この下電極用引き出し配線97は、第1の積層電極140から上電極用引き出し電極90の引き出し方向に沿って延設され、第1の絶縁膜100に設けられたコンタクトホール103を介して、圧力発生室12に対応する領域の下電極膜60に接続されている。なお、下電極用引き出し配線97等を構成する密着層92は、アルミニウム(Al)からなる金属層93と下電極膜60とが反応して相互拡散するのを防止するために設けられている。   Further, on the lower electrode film 60 outside the region corresponding to the pressure generation chambers 12 arranged side by side, the first laminated electrode made of the same layer (adhesion layer 92 and metal layer 93) as the first lead electrode 91 is formed. 140 is provided and is electrically connected to the lower electrode film 60. Further, in the region between the piezoelectric elements 300 arranged in parallel, for example, the lower electrode lead-out wiring 97 continuous from the first laminated electrode 140 at a ratio of about one for ten piezoelectric elements 300. Is provided. That is, the lower electrode lead-out wiring 97 is composed of the adhesion layer 92 and the metal layer 93 that constitute the first lead electrode 91. The lower electrode lead-out wiring 97 extends from the first laminated electrode 140 along the lead-out direction of the upper electrode lead-out electrode 90, and is connected via a contact hole 103 provided in the first insulating film 100. The lower electrode film 60 is connected to the region corresponding to the pressure generation chamber 12. The adhesion layer 92 constituting the lower electrode lead-out wiring 97 and the like is provided in order to prevent the metal layer 93 made of aluminum (Al) and the lower electrode film 60 from reacting and interdiffusion.

このような構成では、第1の積層電極140によって圧電素子300の共通電極である下電極膜60の抵抗値が実質的に低下するため、多数の圧電素子300を同時に駆動しても電圧降下の発生を防止することができる。特に、複数の下電極用引き出し配線97が、第1の積層電極140から連続して形成されていることで、電圧降下の発生をより確実に防止され、常に良好で且つ安定したインク吐出特性を得ることができる。   In such a configuration, the resistance value of the lower electrode film 60, which is a common electrode of the piezoelectric element 300, is substantially reduced by the first laminated electrode 140. Therefore, even if a large number of piezoelectric elements 300 are driven simultaneously, the voltage drop does not occur. Occurrence can be prevented. In particular, since the plurality of lower electrode lead-out wirings 97 are continuously formed from the first laminated electrode 140, the occurrence of a voltage drop can be prevented more reliably, and the ink discharge characteristics can always be good and stable. Obtainable.

また、本発明では、このような第1の積層電極140と振動板との間には、線膨張係数が振動板よりも大きく且つ第1の積層電極140よりも小さい材料からなる応力緩和層150が設けられている。この応力緩和層150は、少なくとも第1の積層電極140の端部に対応する領域に設けられていれがよい。すなわち、応力緩和層150は、第1の積層電極140の端部が、この応力緩和層150上に位置するように形成されていればよい。例えば、本実施形態では、図3に示すように、応力緩和層150は、第1の積層電極140の端部に対応する領域のみに設けるようにしている。勿論、この応力緩和層150は、第1の積層電極140の端部に対応する領域だけでなく、例えば、図4に示すように、第1の積層電極140の下側にその全面に亘って連続的に設けられてもよい。   In the present invention, the stress relaxation layer 150 made of a material having a linear expansion coefficient larger than that of the diaphragm and smaller than that of the first multilayer electrode 140 is interposed between the first multilayer electrode 140 and the diaphragm. Is provided. The stress relaxation layer 150 may be provided at least in a region corresponding to the end portion of the first stacked electrode 140. That is, the stress relaxation layer 150 may be formed so that the end portion of the first multilayer electrode 140 is positioned on the stress relaxation layer 150. For example, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the stress relaxation layer 150 is provided only in a region corresponding to the end portion of the first stacked electrode 140. Of course, this stress relaxation layer 150 is not only in the region corresponding to the end portion of the first multilayer electrode 140, but also, for example, on the lower side of the first multilayer electrode 140 over the entire surface thereof as shown in FIG. It may be provided continuously.

応力緩和層150の材料は、線膨張係数が振動板を構成する材料よりも大きく且つ第1の積層電極140を構成する材料よりも小さい材料であれば特に限定されない。例えば、本実施形態のように、振動板が複数層で構成されている場合には、応力緩和層150の材料は、これら複数層のうち線膨張係数が最小のものよりも大きく且つ第1の積層電極140よりも小さい材料であればよく、セラミックス材料等が好適に用いられる。本実施形態では、応力緩和層150を、圧電素子300を構成する圧電体層70と同一の層、すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)で形成している。   The material of the stress relaxation layer 150 is not particularly limited as long as the material has a linear expansion coefficient larger than that of the material forming the diaphragm and smaller than the material of the first stacked electrode 140. For example, when the diaphragm is configured by a plurality of layers as in the present embodiment, the material of the stress relaxation layer 150 is larger than the one having the smallest linear expansion coefficient among these layers and the first A material smaller than the laminated electrode 140 may be used, and a ceramic material or the like is preferably used. In the present embodiment, the stress relaxation layer 150 is formed of the same layer as the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300, that is, lead zirconate titanate (PZT).

そして、このような応力緩和層150を、第1の積層電極140と振動板との間に設けることにより、振動板及び第1の積層電極140の応力に起因して第1の積層電極140の周囲で発生する振動板、特に、弾性膜50の割れを防止することができる。また、第1の積層電極140の端部に対応する領域では、応力集中による振動板の割れが生じやすいが、応力緩和層150を設けることで、このような応力集中による振動板の割れも確実に防止することができる。さらに、本実施形態のように応力緩和層150を第1の積層電極140の端部に対応する領域のみに設けるようにすれば、振動板の割れをより確実に防止することができる。
なお、本実施形態のように、応力緩和層150を圧電体層70と同一の層で形成する場合、応力緩和層150は、圧電素子300を構成する圧電体層70とは分離されていることが望ましい。これにより、圧電素子300を変形させたときの応力伝播を効果的に抑制できるからである。
By providing such a stress relaxation layer 150 between the first laminated electrode 140 and the diaphragm, the stress of the diaphragm and the first laminated electrode 140 causes the stress of the first laminated electrode 140. The diaphragm which generate | occur | produces around, especially the crack of the elastic film 50 can be prevented. In addition, in the region corresponding to the end portion of the first laminated electrode 140, the diaphragm is easily cracked due to stress concentration. However, by providing the stress relaxation layer 150, it is possible to reliably crack the diaphragm due to such stress concentration. Can be prevented. Furthermore, if the stress relaxation layer 150 is provided only in the region corresponding to the end portion of the first laminated electrode 140 as in the present embodiment, it is possible to more reliably prevent the diaphragm from cracking.
When the stress relaxation layer 150 is formed of the same layer as the piezoelectric layer 70 as in the present embodiment, the stress relaxation layer 150 is separated from the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric element 300. Is desirable. This is because stress propagation when the piezoelectric element 300 is deformed can be effectively suppressed.

また、応力緩和層150は、上述したように、第1の積層電極140の端部に対向する領域に設けられていればよいが、応力緩和層150は、第1の積層電極140の端部を跨ぐように連続的に設けられていることが望ましい。すなわち、応力緩和層150の端部の位置は、第1の積層電極140の端部の位置と一致していてもよいが、第1の積層電極140の端部よりも外側に位置していることが好ましい。具体的には、本実施形態のように第1の積層電極140と応力緩和層150とが、各々約1μmの厚みを有する場合、応力緩和層150の端部は、第1の積層電極140の端部から16μm以上外側に位置していることが望ましい。さらに、応力緩和層150は、第1の積層電極140の厚さと同一か又はそれよりも厚く形成されていることが好ましい。下電極膜60と第1の積層電極140との延設方向に亘って、これら下電極膜60と第1の積層電極140との間に、このような応力緩和層150を設けることで、応力集中による振動板の割れをより確実に防止することができる。   Further, as described above, the stress relaxation layer 150 may be provided in a region facing the end portion of the first stacked electrode 140, but the stress relaxation layer 150 is provided at the end portion of the first stacked electrode 140. It is desirable to be provided continuously so as to straddle. That is, the position of the end portion of the stress relaxation layer 150 may coincide with the position of the end portion of the first stacked electrode 140, but is positioned outside the end portion of the first stacked electrode 140. It is preferable. Specifically, when each of the first stacked electrode 140 and the stress relaxation layer 150 has a thickness of about 1 μm as in the present embodiment, the end of the stress relaxation layer 150 is connected to the first stacked electrode 140. It is desirable to be located at least 16 μm outside from the end. Furthermore, the stress relaxation layer 150 is preferably formed to be equal to or thicker than the thickness of the first stacked electrode 140. By providing such a stress relaxation layer 150 between the lower electrode film 60 and the first laminated electrode 140 in the extending direction of the lower electrode film 60 and the first laminated electrode 140, the stress is reduced. The cracking of the diaphragm due to concentration can be prevented more reliably.

ここで、下電極膜の端部に対応する領域のみに応力緩和層を設けた実施例1のヘッドと、下電極膜に対応する領域に連続的に応力緩和層を設けた実施例2のヘッドと、応力緩和層を設けていない比較例のヘッドとのそれぞれにおいて、振動板の応力状態を有限要素法による応力計算によって算出した結果について述べる。具体的には、実施例1、2及び比較例のヘッドを製造する際、下電極膜上に第1の積層金属を所定温度で成膜し、その後冷却して温度を300℃低下させた。そして、冷却後の弾性膜(振動板)に生じている応力を、振動板の下側に流路形成基板が存在する部分(Siあり)と、振動板の下側に流路形成基板が存在しない部分(Siなし)とでそれぞれ算出した。その結果を下記表1に示す。   Here, the head of Example 1 in which the stress relaxation layer is provided only in the region corresponding to the end portion of the lower electrode film, and the head of Example 2 in which the stress relaxation layer is continuously provided in the region corresponding to the lower electrode film. The results of calculating the stress state of the diaphragm by the stress calculation by the finite element method in each of the head of the comparative example not provided with the stress relaxation layer will be described. Specifically, when manufacturing the heads of Examples 1 and 2 and the comparative example, the first laminated metal was formed on the lower electrode film at a predetermined temperature, and then cooled to lower the temperature by 300 ° C. Then, the stress generated in the elastic film (vibration plate) after cooling is applied to the portion where the flow path forming substrate exists (with Si) below the vibration plate and the flow path forming substrate exists below the vibration plate. The calculation was made for the portion not having Si (without Si). The results are shown in Table 1 below.

Figure 2006239966
Figure 2006239966

表1に示すように、比較例のヘッドでは、「Siあり」、「Siなし」に拘わらず、弾性膜に同等の比較的大きい応力が生じていた。これに対し、応力緩和層を設けた実施例1及び2のヘッドでは、弾性膜に発生する応力が明らかに低減されていることが分かる。特に、第1の積層電極の端部に対応する領域のみに応力緩和層を設けた実施例2のヘッドでは、「Siあり」の場合で、弾性膜に発生する応力は比較例のヘッドのおよそ半分程度にまで抑えられており、「Siなし」に至っては、比較例のヘッドのおよそ30%程度と大幅に低減されていた。   As shown in Table 1, in the head of the comparative example, the same relatively large stress was generated in the elastic film regardless of “with Si” and “without Si”. In contrast, in the heads of Examples 1 and 2 provided with the stress relaxation layer, it can be seen that the stress generated in the elastic film is clearly reduced. In particular, in the head of Example 2 in which the stress relaxation layer is provided only in the region corresponding to the end portion of the first multilayer electrode, the stress generated in the elastic film is approximately the same as that of the head of the comparative example in the case of “Si present”. It was suppressed to about half, and when “no Si” was reached, it was significantly reduced to about 30% of the head of the comparative example.

このような結果からも明らかなように、振動板と第1の積層電極との間に応力緩和層を設けるという本発明の構成によれば、振動板及び第1の積層電極140の応力に起因する振動板の割れを確実に防止することができる。   As is clear from these results, according to the configuration of the present invention in which the stress relaxation layer is provided between the diaphragm and the first laminated electrode, the stress is caused by the stress of the diaphragm and the first laminated electrode 140. It is possible to reliably prevent cracking of the vibrating plate.

なお、本実施形態では、圧力発生室12に対応する領域の外側の下電極膜60上に、応力緩和層150を介して第1の積層電極140のみを設けるようにしたが、例えば、図5に示すように、この第1の積層電極140上に、第2のリード電極94と同一層(密着層95及び金属層96)からなる第2の積層電極160をさらに設けるようにしてもよい。また、第1の積層電極140上に設けられる第2の積層電極160は、図5(a)に示すように、第1の積層電極140よりも狭い幅で設けられていてもよいが、例えば、図5(b)に示すように、第1の積層電極140よりも広い幅で形成されていてもよい。   In the present embodiment, only the first laminated electrode 140 is provided on the lower electrode film 60 outside the region corresponding to the pressure generation chamber 12 via the stress relaxation layer 150. For example, FIG. As shown in FIG. 6, a second laminated electrode 160 made of the same layer (adhesion layer 95 and metal layer 96) as the second lead electrode 94 may be further provided on the first laminated electrode 140. Further, the second stacked electrode 160 provided on the first stacked electrode 140 may be provided with a narrower width than the first stacked electrode 140 as shown in FIG. As shown in FIG. 5 (b), it may be formed with a width wider than that of the first laminated electrode 140.

また、本実施形態のように、応力緩和層150が下電極膜60の端部に対応する領域のみに設けられている場合には、図6に示すように、応力緩和層150が形成されていない領域のみに、第2の積層電極160を設けるようにするのが好ましい。これにより、下電極膜60上に積層された第1及び第2の積層電極140,160の表面の高さがほぼ一致するため、後述する保護基板30を接着剤等によって流路形成基板10に良好に接合することができる。   When the stress relaxation layer 150 is provided only in the region corresponding to the end portion of the lower electrode film 60 as in the present embodiment, the stress relaxation layer 150 is formed as shown in FIG. It is preferable to provide the second stacked electrode 160 only in a region that is not present. As a result, the surface heights of the first and second laminated electrodes 140 and 160 laminated on the lower electrode film 60 substantially coincide with each other, so that the protective substrate 30 described later is attached to the flow path forming substrate 10 with an adhesive or the like. Good bonding can be achieved.

流路形成基板10の圧電素子300側の面には、圧電素子300に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部31を有する保護基板30が、例えば、接着剤35を介して接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部31は、密封されていてもよいが、勿論、密封されていなくてもよい。   On the surface of the flow path forming substrate 10 on the piezoelectric element 300 side, for example, a protective substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 capable of ensuring a space that does not hinder its movement in a region facing the piezoelectric element 300 is bonded. It is joined via the agent 35. Since the piezoelectric element 300 is formed in the piezoelectric element holding part 31, it is protected in a state hardly affected by the external environment. The piezoelectric element holding portion 31 may be sealed, but of course may not be sealed.

また、保護基板30には、流路形成基板10の連通部13に対応する領域にリザーバ部32が設けられている。このリザーバ部32は、本実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ120を構成している。さらに、圧電素子保持部31のリザーバ部32とは反対側の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通して第2のリード電極94が露出される露出孔33が形成されている。そして、図示しないが、この露出孔33内に延設される接続配線によって、保護基板30上に実装される駆動ICと、第2のリード電極94及び下電極膜60とが電気的に接続されている。   The protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 in a region corresponding to the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10. In this embodiment, the reservoir portion 32 is provided along the direction in which the pressure generating chambers 12 are arranged so as to penetrate the protective substrate 30 in the thickness direction, and as described above, the communication portion of the flow path forming substrate 10. The reservoir 120 is connected to the pressure generation chamber 12 and serves as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12. Furthermore, an exposed hole 33 through which the second lead electrode 94 is exposed through the protective substrate 30 in the thickness direction is formed in a region of the piezoelectric element holding portion 31 opposite to the reservoir portion 32. Although not shown, the driving IC mounted on the protective substrate 30 is electrically connected to the second lead electrode 94 and the lower electrode film 60 by connection wiring extending in the exposure hole 33. ing.

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より好ましく、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。   In addition, examples of the material of the protective substrate 30 include glass, ceramic material, metal, resin, and the like, but it is more preferable that the material is substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10. In this embodiment, the silicon single crystal substrate made of the same material as the flow path forming substrate 10 is used.

また、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。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32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120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120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 protective substrate 30. The sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm). Yes. 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 area of the fixing plate 42 facing the reservoir 120 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 120 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.

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からインクを取り込み、リザーバ120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、保護基板30上に実装された駆動IC(図示せず)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、弾性膜50、絶縁体膜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 external ink supply means (not shown), filled with ink from the reservoir 120 to the nozzle opening 21, and then mounted on the protective substrate 30. In accordance with a recording signal from an IC (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, and the elastic film 50, the insulator 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.

(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、下電極膜上に1層又は2層の積層電極(第1、第2の積層電極)を形成した構成を例示したが、これに限定されず、勿論、下電極膜上に3層以上の積層電極を設けるようにしてもよい。このような構成とした場合でも、振動板と積層電極との間に、上述したような応力緩和層を設けることで、応力集中による振動板の割れを防止することができる。
(Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, a configuration in which one or two layers of stacked electrodes (first and second stacked electrodes) are formed on the lower electrode film is illustrated, but the present invention is not limited to this, and of course, the lower electrode Three or more laminated electrodes may be provided on the film. Even in such a configuration, by providing the stress relaxation layer as described above between the diaphragm and the laminated electrode, it is possible to prevent the diaphragm from cracking due to stress concentration.

また、上述の実施形態では、下電極膜60が、圧力発生室12に対応する領域から圧力発生室の12の並設方向で流路形成基板10の端部近傍まで延設され、並設された複数の圧電素子300及び上電極用引き出し電極90の周囲を囲んで連続的に設けられた構成を例示したが、これに限定されず、下電極膜60は、圧力発生室12に対応する領域のみに設けられていてもよい。このような構成とした場合でも、第1の積層電極140、及び第2の積層電極160が圧力発生室12に対応する領域の下電極膜60と電気的に接続されていれば、圧電素子300の駆動の際の電圧降下は防止することができる。   In the above-described embodiment, the lower electrode film 60 extends from the region corresponding to the pressure generation chamber 12 to the vicinity of the end of the flow path forming substrate 10 in the direction in which the pressure generation chambers 12 are arranged in parallel. In addition, the configuration in which the plurality of piezoelectric elements 300 and the upper electrode lead-out electrode 90 are continuously provided is exemplified, but the present invention is not limited thereto, and the lower electrode film 60 is a region corresponding to the pressure generation chamber 12. It may be provided only. Even in such a configuration, as long as the first laminated electrode 140 and the second laminated electrode 160 are electrically connected to the lower electrode film 60 in the region corresponding to the pressure generating chamber 12, the piezoelectric element 300 is provided. A voltage drop at the time of driving can be prevented.

また、上述の実施形態では、下電極膜と積層電極(第1の積層電極)との間に、応力緩和層を設けた例を説明したが、応力緩和層は、振動板と積層電極との間に設けられていればよく、例えば、下電極膜の下側に設けられていてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the stress relaxation layer is provided between the lower electrode film and the multilayer electrode (first multilayer electrode) has been described. However, the stress relaxation layer is formed between the diaphragm and the multilayer electrode. For example, it may be provided below the lower electrode film.

なお、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図7は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図7に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び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。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 ink jet recording head according to the above-described embodiment 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. 7 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 7, 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. 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.

また、上述した実施形態においては、本発明の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説明したが、液体噴射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。本発明は、広く液体噴射ヘッドの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もの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, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head of the present invention. However, the basic configuration of the liquid ejecting head is not limited to the above-described configuration. The present invention covers a wide range of liquid ejecting heads, and can naturally be applied to those ejecting liquids other than ink. 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配線構造を示す拡大断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view illustrating a wiring structure of a recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの配線構造を示す拡大断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view illustrating a wiring structure of a recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの配線構造を示す拡大断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view illustrating a wiring structure of a recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの配線構造を示す拡大断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view illustrating a wiring structure of a recording head according to Embodiment 1. FIG. 本発明の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 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 保護基板、 40 コンプライアンス基板、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 上電極用引き出し電極、 91 第1のリード電極、 94 第2のリード電極、 100 第1の絶縁膜、 110 第2の絶縁膜、 140 第1の積層電極、 150 応力緩和層、 160 第2の積層電極、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generation chamber, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board | substrate, 40 Compliance board | substrate, 60 Lower electrode film, 70 Piezoelectric layer, 80 Upper electrode film, 90 Lead electrode for upper electrode, 91 1st lead electrode, 94 2nd lead electrode, 100 1st insulating film, 110 2nd insulating film, 140 1st laminated electrode, 150 Stress relaxation layer, 160 2nd laminated electrode, 300 Piezoelectric element

Claims (8)

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、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備すると共に、前記下電極及び前記上電極とは異なる層で構成され前記圧力発生室に対応する領域の外側の前記振動板上に設けられて前記下電極と電気的に接続される積層電極を有し、且つ該積層電極と前記振動板との間には、少なくとも前記積層電極の端部に対応する領域に、線膨張係数が前記振動板よりも大きく前記積層電極よりも小さい材料からなる応力緩和層が設けられてい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 the nozzle opening is formed, and a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on one side of the flow path forming substrate via a vibration plate A laminated electrode that is provided on the diaphragm outside the region corresponding to the pressure generation chamber and is electrically connected to the lower electrode, and is configured by a layer different from the lower electrode and the upper electrode. And having a linear expansion coefficient larger than that of the diaphragm and smaller than that of the multilayer electrode, at least in a region corresponding to the end of the multilayer electrode between the multilayer electrode and the diaphragm. A liquid ejecting head, wherein a relaxation layer is provided. 請求項1において、前記応力緩和層が、前記積層電極の端部に対応する領域のみ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 stress relaxation layer is provided only in a region corresponding to an end portion of the multilayer electrode. 請求項1又は2において、前記応力緩和層が、前記積層電極の縁部の外側まで張り出して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 3. The liquid jet head according to claim 1, wherein the stress relaxation layer is provided to extend to an outside of an edge portion of the multilayer electrode. 請求項1〜3の何れかにおいて、前記応力緩和層が、セラミックス材料からな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 stress relaxation layer is made of a ceramic material. 請求項4において、前記応力緩和層が、前記圧電素子を構成する前記圧電体層と同一の層からなり、且つ前記圧電素子を構成する圧電体層とは分離されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 5. The liquid according to claim 4, wherein the stress relaxation layer is made of the same layer as the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element and is separated from the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element. Jet head. 請求項1〜5の何れかにおいて、前記応力緩和層の厚さが、前記積層電極の厚さと同一か又はそれよりも厚いことを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1, wherein a thickness of the stress relaxation layer is equal to or greater than a thickness of the stacked electrode. 請求項1〜6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ると共に、前記振動板が前記流路形成基板の表面に形成された二酸化シリコンからなる弾性膜を少なくとも含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。 7. The method according to claim 1, wherein the flow path forming substrate is made of a silicon single crystal substrate, and the diaphragm includes at least an elastic film made of silicon dioxide formed on a surface of the flow path forming substrate. A liquid ejecting head. 請求項1〜7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.
JP2005056685A 2005-03-01 2005-03-01 Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus Expired - Fee Related JP4645816B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005056685A JP4645816B2 (en) 2005-03-01 2005-03-01 Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
US11/364,011 US7524038B2 (en) 2005-03-01 2006-03-01 Liquid-jet head and liquid-jet apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005056685A JP4645816B2 (en) 2005-03-01 2005-03-01 Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006239966A true JP2006239966A (en) 2006-09-14
JP4645816B2 JP4645816B2 (en) 2011-03-09

Family

ID=37046844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005056685A Expired - Fee Related JP4645816B2 (en) 2005-03-01 2005-03-01 Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4645816B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012171245A (en) * 2011-02-22 2012-09-10 Ricoh Co Ltd Inkjet head, and inkjet recording apparatus
US8491103B2 (en) 2011-02-10 2013-07-23 Ricoh Company, Ltd. Inkjet head

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002190137A (en) * 2000-12-19 2002-07-05 Ricoh Co Ltd Laminated body and optical disc using it
JP2003124410A (en) * 2001-10-19 2003-04-25 Yamaha Corp Multi-layer heat sink and method for producing it
JP2004128492A (en) * 2002-09-13 2004-04-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Piezoelectric thin-film element and actuator using it, ink jet head and ink jet recording device
JP2004330567A (en) * 2003-05-06 2004-11-25 Seiko Epson Corp Liquid injection head and liquid injector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002190137A (en) * 2000-12-19 2002-07-05 Ricoh Co Ltd Laminated body and optical disc using it
JP2003124410A (en) * 2001-10-19 2003-04-25 Yamaha Corp Multi-layer heat sink and method for producing it
JP2004128492A (en) * 2002-09-13 2004-04-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Piezoelectric thin-film element and actuator using it, ink jet head and ink jet recording device
JP2004330567A (en) * 2003-05-06 2004-11-25 Seiko Epson Corp Liquid injection head and liquid injector

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8491103B2 (en) 2011-02-10 2013-07-23 Ricoh Company, Ltd. Inkjet head
JP2012171245A (en) * 2011-02-22 2012-09-10 Ricoh Co Ltd Inkjet head, and inkjet recording apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP4645816B2 (en) 2011-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7841705B2 (en) Actuator device, liquid-jet head and liquid-jet apparatus
JP4450238B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
US7239070B2 (en) Liquid-jet head and liquid-jet apparatus
JP2007281031A (en) Actuator device, liquid discharge head and liquid discharge device
US20090289999A1 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus including the same
JP2016058467A (en) Piezoelectric element, liquid injection head, and liquid injector
JP2007049025A (en) Actuator, liquid spray head and liquid spraying device
US7524038B2 (en) Liquid-jet head and liquid-jet apparatus
JP4614068B2 (en) Liquid ejecting head, manufacturing method thereof, and liquid ejecting apparatus
JP2006255972A (en) Liquid jetting head, and liquid jetting device
JP5741799B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element
JP4645816B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP2007050551A (en) Liquid jetting head and liquid jetting apparatus
JP4240233B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus having the same
JP2006231790A (en) Liquid ejection head and liquid ejector
JP4734831B2 (en) Actuator device, liquid jet head, and liquid jet device
JP2005178293A (en) Liquid jet head and liquid jet device
JP4344929B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP4553130B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP2005119199A (en) Liquid jetting head and liquid jetting apparatus
JP2004284176A (en) Manufacturing method for liquid injection head
JP6582653B2 (en) Piezoelectric element, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus
JP2006205427A (en) Liquid jet head and liquid jet device
JP2004090279A (en) Liquid ejection head and liquid ejector
JP4433787B2 (en) Liquid ejecting head, manufacturing method thereof, and liquid ejecting apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070906

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100618

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100623

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100823

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101110

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101123

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131217

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4645816

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees