JP2017209980A - Inkjet recording head - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet recording head which has excellent long-time withstand voltage, has drive durability and reliability, and also has high drive efficiency.SOLUTION: An inkjet recording head 100 according to embodiments comprises: a nozzle plate 20 having a plurality of nozzles 22 in communication respectively with a plurality of ink pressure chambers 12; and a plurality piezoelectric elements 30 each having a lower electrode 32 disposed on a surface 20a of the nozzle plate 20 apart from the ink pressure chamber 12 to surround each of the nozzles 22, a piezoelectric film 34 overlaid on the lower electrode 32, and an upper electrode 36 overlaid on the piezoelectric film 34. The piezoelectric film 34 has step parts 52, 54 having a reduced thickness at positions apart from end edge parts 36a, 36b of the upper electrode 36.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明の実施形態は、圧電素子を駆動してインク圧力室に連通したノズルからインク滴を吐出させるタイプのインクジェット式記録ヘッドに関する。   Embodiments described herein relate generally to an ink jet recording head of a type that ejects ink droplets from nozzles that drive a piezoelectric element and communicate with an ink pressure chamber.

インクジェット式記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク圧力室と、このインク圧力室内のインクを加圧するアクチュエータとを備える。このヘッドは、アクチュエータを駆動することでインク圧力室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる。   The ink jet recording head includes a nozzle that ejects ink droplets, an ink pressure chamber that communicates with the nozzle, and an actuator that pressurizes ink in the ink pressure chamber. This head drives the actuator to pressurize ink in the ink pressure chamber and eject ink droplets from the nozzles.

アクチュエータとして、例えば、圧電素子を用いてインク圧力室の壁面(振動板)を変形変位させることでインク滴を吐出させる圧電型のものが知られている。圧電型のアクチュエータは、圧電素子がインクに直接接触せず、圧電素子の発熱も無視できるため、使用するインクの種類に制約がないという利点がある。よって、半導体プロセス技術を上記圧電型のアクチュエータに適用した、いわゆる圧電MEMS型のインクジェット式記録ヘッドが注目されている。   As an actuator, for example, a piezoelectric type that discharges ink droplets by deforming and displacing a wall surface (vibration plate) of an ink pressure chamber using a piezoelectric element is known. Piezoelectric actuators have the advantage that there is no restriction on the type of ink used because the piezoelectric element does not directly contact the ink and the heat generation of the piezoelectric element can be ignored. Therefore, a so-called piezoelectric MEMS type ink jet recording head in which a semiconductor process technology is applied to the piezoelectric type actuator is attracting attention.

特開2000−263785号公報JP 2000-263785 A 特開2008−10528号公報JP 2008-10528 A 特開2015−560号公報JP-A-2015-560

圧電素子は、インク圧力室の振動板に設けた下部電極、下部電極の上に重ねて設けた圧電膜、および圧電膜の上に重ねて設けた上部電極を有する。振動板の表面は、圧電素子とともに絶縁膜で覆われており、下部電極と上部電極が電気的に絶縁されている。この圧電素子は、上下電極間に駆動電圧を印加することで駆動される。   The piezoelectric element has a lower electrode provided on the vibration plate of the ink pressure chamber, a piezoelectric film provided on the lower electrode, and an upper electrode provided on the piezoelectric film. The surface of the diaphragm is covered with an insulating film together with the piezoelectric element, and the lower electrode and the upper electrode are electrically insulated. This piezoelectric element is driven by applying a driving voltage between the upper and lower electrodes.

近年、圧電素子の駆動時に、圧電膜の内部を電流が流れるバルクモードによる絶縁破壊、および圧電素子の端縁部で圧電膜と絶縁膜の界面を電流が流れる沿面モードによる絶縁破壊を生じる不具合が報告されている。バルクモードの絶縁破壊は、電極間に高電圧を印加することで短時間で生じ、沿面モードの絶縁破壊は、電極間に比較的低電圧を印加することで比較的長時間経過した時点で生じる。   In recent years, when driving a piezoelectric element, there has been a problem that causes dielectric breakdown due to bulk mode in which current flows inside the piezoelectric film, and dielectric breakdown due to creeping mode in which current flows through the interface between the piezoelectric film and the insulating film at the edge of the piezoelectric element. It has been reported. Bulk mode breakdown occurs in a short time when a high voltage is applied between the electrodes, and creeping mode breakdown occurs when a relatively long time elapses when a relatively low voltage is applied between the electrodes. .

これに対し、沿面モードの絶縁破壊を防止するため、圧電膜および下部電極を上部電極の端部より付き出した構造が提案されている(例えば、特許文献1)。しかし、この構造では、下部電極と上部電極に挟まれた圧電素子の能動部(電圧印加によって変形する部分)に対して、上部電極の外側に延びた非能動部にある圧電膜が同じ厚みを有するため、非能動部の剛性が不所望に高くなり駆動効率が低下する。   On the other hand, in order to prevent the dielectric breakdown in the creeping mode, a structure in which the piezoelectric film and the lower electrode are extended from the end of the upper electrode has been proposed (for example, Patent Document 1). However, in this structure, the piezoelectric film in the inactive portion extending outside the upper electrode has the same thickness as the active portion of the piezoelectric element sandwiched between the lower electrode and the upper electrode (the portion deformed by voltage application). Therefore, the rigidity of the inactive portion is undesirably increased and the driving efficiency is lowered.

これに対し、非能動部の圧電膜を薄くした構造が知られている(例えば、特許文献2、3)。しかし、特許文献2、3の構造では、圧電膜の端面が上部電極の端部から下部電極に向かって傾斜(湾曲)して延びているため、上部電極の端部近くで絶縁破壊を生じる可能性がある。   On the other hand, a structure in which the piezoelectric film of the inactive part is thin is known (for example, Patent Documents 2 and 3). However, in the structures of Patent Documents 2 and 3, the end face of the piezoelectric film extends from the end portion of the upper electrode so as to be inclined (curved) toward the lower electrode, so that dielectric breakdown may occur near the end portion of the upper electrode. There is sex.

よって、長時間の絶縁耐圧に優れ、駆動耐久性および信頼性が高く、駆動効率も高いインクジェット式記録ヘッドの開発が望まれている。   Therefore, it is desired to develop an ink jet recording head that has excellent withstand voltage for a long time, high driving durability and reliability, and high driving efficiency.

実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、複数のインク圧力室にそれぞれ連通した複数のノズルを有するノズルプレートと、各ノズルを囲むようにインク圧力室から離間したノズルプレートの表面に設けた下部電極、下部電極に重ねて設けた圧電膜、および圧電膜に重ねて設けた上部電極をそれぞれ有する複数の圧電素子と、を有する。圧電膜は、上部電極の端縁部から離間した位置でその厚みを薄くした段部を有する。   An ink jet recording head according to an embodiment includes a nozzle plate having a plurality of nozzles respectively communicating with a plurality of ink pressure chambers, and a lower electrode provided on the surface of the nozzle plate spaced from the ink pressure chamber so as to surround each nozzle, And a plurality of piezoelectric elements each having a piezoelectric film provided on the lower electrode and an upper electrode provided on the piezoelectric film. The piezoelectric film has a stepped portion with a reduced thickness at a position away from the edge of the upper electrode.

図1は、第1の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す部分拡大平面図である。FIG. 1 is a partially enlarged plan view showing a main part of the ink jet recording head according to the first embodiment. 図2は、図1のインクジェット式記録ヘッドをF2−F2線に沿って切断した部分拡大断面図である。FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view of the ink jet recording head of FIG. 1 cut along the line F2-F2. 図3は、図1のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図4は、図1のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図5は、図1のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図6は、図1のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図7は、図1のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図8は、図1のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図9は、図1のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図10は、図1のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図11は、図1のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図12は、図1のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図13は、第1の変形例に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す部分拡大断面図である。FIG. 13 is a partial enlarged cross-sectional view showing the main part of the ink jet recording head according to the first modification. 図14は、第2の変形例に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す部分拡大断面図である。FIG. 14 is a partial enlarged cross-sectional view showing a main part of an ink jet recording head according to a second modification. 図15は、第2の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す部分拡大断面図である。FIG. 15 is a partial enlarged cross-sectional view showing a main part of the ink jet recording head according to the second embodiment.

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド100(以下、単に、ヘッド100と称する)の要部を示す部分拡大平面図である。図2は、図1のヘッド100をF2−F2線に沿って切断した部分拡大断面図である。図1では、圧電素子30およびその配線構造を見易くするため、絶縁膜40の図示を省略してある。図1および図2では、ヘッド100の要部としてインク滴を吐出する単位のみ図示しているが、ヘッド100は図示の構造を同一面に沿って複数有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a partially enlarged plan view showing a main part of an ink jet recording head 100 (hereinafter simply referred to as the head 100) according to the first embodiment. FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the head 100 of FIG. 1 cut along the line F2-F2. In FIG. 1, the illustration of the insulating film 40 is omitted to make the piezoelectric element 30 and its wiring structure easier to see. 1 and 2, only the unit for ejecting ink droplets is shown as the main part of the head 100, but the head 100 has a plurality of the illustrated structures along the same plane.

本実施形態のヘッド100は、圧電MEMS型のインクジェット式記録ヘッドである。ヘッド100は、例えばSiにより形成した流路基板10、Si酸化膜により形成したノズルプレート20、および複数の圧電素子30を有する。複数の圧電素子30を備えたノズルプレート20の流路基板10から離間した側の表面20a上には絶縁膜40が設けられている。流路基板10のノズルプレート20から離間した側の第2面10bには、例えばSiにより形成したバックプレート50が設けられている。バックプレート50は、流路基板10の第2面10bにあるSi酸化膜20’に対し、例えば接着剤を用いて接着固定されている。   The head 100 of this embodiment is a piezoelectric MEMS ink jet recording head. The head 100 includes a flow path substrate 10 made of, for example, Si, a nozzle plate 20 made of an Si oxide film, and a plurality of piezoelectric elements 30. An insulating film 40 is provided on the surface 20 a of the nozzle plate 20 having a plurality of piezoelectric elements 30 on the side away from the flow path substrate 10. A back plate 50 made of, for example, Si is provided on the second surface 10 b of the flow path substrate 10 on the side away from the nozzle plate 20. The back plate 50 is bonded and fixed to the Si oxide film 20 ′ on the second surface 10 b of the flow path substrate 10 using, for example, an adhesive.

流路基板10は、ノズルプレート20側の第1面10aとバックプレート50側の第2面10bを連絡して基板を貫通した複数の円筒形のインク圧力室12を有する。言い換えると、流路基板10の厚み方向に沿った各インク圧力室12の一端(図2で上端)がノズルプレート20によって塞がれ、流路基板10の厚み方向に沿った各インク圧力室12の他端(図2で下端)がバックプレート50によって塞がれている。   The flow path substrate 10 has a plurality of cylindrical ink pressure chambers 12 penetrating the substrate in communication with the first surface 10a on the nozzle plate 20 side and the second surface 10b on the back plate 50 side. In other words, one end (upper end in FIG. 2) of each ink pressure chamber 12 along the thickness direction of the flow path substrate 10 is blocked by the nozzle plate 20, and each ink pressure chamber 12 along the thickness direction of the flow path substrate 10. The other end (lower end in FIG. 2) is closed by the back plate 50.

流路基板10或いはバックプレート50には、複数のインク圧力室12にインクを供給するための図示しないインク供給路が形成されている。また、このインク供給路は、図示しない共通インク室に連通している。そして、複数のインク圧力室12に所定量のインクが供給されるようになっている。   An ink supply path (not shown) for supplying ink to the plurality of ink pressure chambers 12 is formed in the flow path substrate 10 or the back plate 50. Further, the ink supply path communicates with a common ink chamber (not shown). A predetermined amount of ink is supplied to the plurality of ink pressure chambers 12.

流路基板10は、例えば、100〜600μm程度の厚みを有し、望ましくは100〜500μm程度の厚みを有する。流路基板10の厚みは、隣接するインク圧力室12間の隔壁に十分な剛性を持たせることができ、インク圧力室12の配列密度をできるだけ高くすることができる厚みであり、且つ各インク圧力室12の容積を適切な値にすることができる厚みに設計される。   The flow path substrate 10 has a thickness of, for example, about 100 to 600 μm, and desirably has a thickness of about 100 to 500 μm. The thickness of the flow path substrate 10 is a thickness that allows the partition between the adjacent ink pressure chambers 12 to have sufficient rigidity, and can increase the arrangement density of the ink pressure chambers 12 as much as possible. The chamber 12 is designed to have a thickness that allows the volume of the chamber 12 to be an appropriate value.

ノズルプレート20は、流路基板10の第1面10aに接触して、各インク圧力室12の第1面10a側を塞ぐように設けられている。ノズルプレート20は、各インク圧力室12の中央に、各インク圧力室12に連通した複数のノズル22を有する。各インク圧力室12に対応して設けた複数のノズル22は、ノズルプレート20を貫通し、後述する圧電素子30を貫通して延びている。つまり、各インク圧力室12は、ノズル22を介してヘッド100の外部に連絡している。   The nozzle plate 20 is provided so as to be in contact with the first surface 10 a of the flow path substrate 10 and close the first surface 10 a side of each ink pressure chamber 12. The nozzle plate 20 has a plurality of nozzles 22 communicating with each ink pressure chamber 12 at the center of each ink pressure chamber 12. A plurality of nozzles 22 provided corresponding to each ink pressure chamber 12 penetrates the nozzle plate 20 and extends through a piezoelectric element 30 described later. That is, each ink pressure chamber 12 communicates with the outside of the head 100 via the nozzle 22.

ノズルプレート20は、例えば、熱酸化ないしはCVD法により作成した、厚さ1〜5μm程度のSi酸化膜(SiO2)で形成される。Si酸化膜は、均等な変形が実現できるという観点から、非晶質であることが望ましい。また、安定した組成および特性を備える膜の製造が容易という観点からも、ノズルプレート20をSi酸化膜により形成することが望ましい。さらに、従来の半導体プロセスとの整合性が良いという点からも、ノズルプレート20をSi酸化膜により形成することが望ましい。   The nozzle plate 20 is formed of, for example, a Si oxide film (SiO 2) having a thickness of about 1 to 5 μm formed by thermal oxidation or a CVD method. The Si oxide film is desirably amorphous from the viewpoint that uniform deformation can be realized. In addition, it is desirable to form the nozzle plate 20 from a Si oxide film from the viewpoint of easy production of a film having a stable composition and characteristics. Furthermore, it is desirable to form the nozzle plate 20 with a Si oxide film from the viewpoint of good consistency with the conventional semiconductor process.

複数の圧電素子30は、複数のノズル22をそれぞれ囲むように、ノズルプレート20の表面20aに積層されて形成されている。各圧電素子30は、ノズルプレート20の表面20aに重ねた下部電極32、下部電極32の上に重ねた圧電膜34、および圧電膜34の上に重ねた上部電極36を有する。下部電極32、圧電膜34、および上部電極36は、それぞれ略円形であり、同心状にこの順で重ねられている。   The plurality of piezoelectric elements 30 are stacked on the surface 20a of the nozzle plate 20 so as to surround the plurality of nozzles 22, respectively. Each piezoelectric element 30 has a lower electrode 32 overlaid on the surface 20 a of the nozzle plate 20, a piezoelectric film 34 overlaid on the lower electrode 32, and an upper electrode 36 overlaid on the piezoelectric film 34. The lower electrode 32, the piezoelectric film 34, and the upper electrode 36 are each substantially circular and are concentrically stacked in this order.

各圧電素子30の下部電極32の一部は、ノズルプレート20の表面20aに沿って一方向に延伸され、個別駆動配線33として機能する。圧電素子30の表面を含むノズルプレート20の表面20a上には、絶縁膜40が設けられている。上部電極36と接する絶縁膜40の一部にはビアホール42が形成され、ビアホール42を介して上部電極36から引出し配線が他方向に引き出されている。この引出し配線は、絶縁膜40の上を外側まで延伸しており、共通配線37として機能する。絶縁膜40は、ノズル22の内面を部分的に覆う位置まで延びている。   A part of the lower electrode 32 of each piezoelectric element 30 extends in one direction along the surface 20 a of the nozzle plate 20 and functions as the individual drive wiring 33. An insulating film 40 is provided on the surface 20 a of the nozzle plate 20 including the surface of the piezoelectric element 30. A via hole 42 is formed in a part of the insulating film 40 in contact with the upper electrode 36, and an extraction wiring is drawn out from the upper electrode 36 through the via hole 42 in the other direction. This lead wiring extends to the outside on the insulating film 40 and functions as the common wiring 37. The insulating film 40 extends to a position that partially covers the inner surface of the nozzle 22.

各圧電素子30の圧電膜34には、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr、Ti)O3、PZT)などの電歪定数の大きな圧電材料が適している。圧電膜34にPZTを使用した場合、下部電極32や上部電極36には、Pt、Au、Irなどの貴金属や、SrRuO3などの導電性の酸化物が適している。また、圧電膜34として、AlNやZrO2などのシリコンプロセスに適した圧電材料を使用することも可能である。この場合は、下部電極32や上部電極36として、Al、Cuなどの一般の電極材料や配線材料を使用することができる。   A piezoelectric material having a large electrostriction constant such as lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3, PZT) is suitable for the piezoelectric film 34 of each piezoelectric element 30. When PZT is used for the piezoelectric film 34, a noble metal such as Pt, Au, or Ir or a conductive oxide such as SrRuO 3 is suitable for the lower electrode 32 and the upper electrode 36. In addition, as the piezoelectric film 34, it is possible to use a piezoelectric material suitable for a silicon process such as AlN or ZrO2. In this case, as the lower electrode 32 and the upper electrode 36, general electrode materials such as Al and Cu and wiring materials can be used.

各圧電素子30の圧電膜34は、ノズル22に隣接した内周側の縁部に圧電膜34を部分的に肉薄にした円環状の内側段部52を有する。また、圧電膜34は、ノズル22から最も離れた外周側の縁部に圧電膜34を部分的に肉薄にした円環状の外側段部54を有する。内側段部52は、上部電極36のノズル22側の内側端縁部36a(端縁部)からさらに内側に離間した位置に設けられている。外側段部54は、上部電極36のノズル22から最も離れた外側端縁部36b(端縁部)からさらに外側に離間した位置に設けられている。   The piezoelectric film 34 of each piezoelectric element 30 has an annular inner stepped portion 52 in which the piezoelectric film 34 is partially thinned at an inner peripheral edge adjacent to the nozzle 22. In addition, the piezoelectric film 34 has an annular outer stepped portion 54 in which the piezoelectric film 34 is partially thinned at the edge on the outermost side farthest from the nozzle 22. The inner stepped portion 52 is provided at a position further inwardly spaced from the inner end edge portion 36a (end edge portion) of the upper electrode 36 on the nozzle 22 side. The outer step portion 54 is provided at a position further outwardly spaced from the outer end edge portion 36 b (end edge portion) farthest from the nozzle 22 of the upper electrode 36.

圧電膜34の内側段部52は、この段部を設けることで圧電膜34の肉厚が薄くされた円環状の内側肉薄部分52a(肉薄部分)を有する。内側肉薄部分52aの内周径は、絶縁膜40の厚み分だけ、ノズル22の外形よりわずかに大きい。また、上部電極36の内側端縁部36aから圧電膜34の内側段部52に至る肉厚部分は、圧電膜34の厚みと同じ厚みの円環状の内側延出部分52b(延出部分)として機能する。   The inner step portion 52 of the piezoelectric film 34 has an annular inner thin portion 52a (thin portion) in which the thickness of the piezoelectric film 34 is reduced by providing this step portion. The inner peripheral diameter of the inner thin portion 52 a is slightly larger than the outer shape of the nozzle 22 by the thickness of the insulating film 40. The thick portion from the inner edge 36 a of the upper electrode 36 to the inner step 52 of the piezoelectric film 34 is an annular inner extending portion 52 b (extending portion) having the same thickness as the piezoelectric film 34. Function.

圧電膜34の外側段部54は、この段部を設けることで圧電膜34の肉厚が薄くされた円環状の外側肉薄部分54a(肉薄部分)を有する。外側肉薄部分54aの外径は、下部電極32の外径と略同じ外径である。また、上部電極36の外側端縁部36bから圧電膜34の外側段部54に至る肉厚部分は、圧電膜34の厚みと同じ厚みの円環状の外側延出部分54b(延出部分)として機能する。   The outer step portion 54 of the piezoelectric film 34 has an annular outer thin portion 54a (thin portion) in which the thickness of the piezoelectric film 34 is reduced by providing this step portion. The outer thin portion 54 a has an outer diameter that is substantially the same as the outer diameter of the lower electrode 32. The thick portion from the outer edge 36 b of the upper electrode 36 to the outer step 54 of the piezoelectric film 34 is an annular outer extending portion 54 b (extending portion) having the same thickness as the piezoelectric film 34. Function.

絶縁膜40は、ビアホール42を除いて、複数の圧電素子30の表面、およびノズルプレート20の表面20aを覆う。具体的には、絶縁膜40は、上部電極36の図示上面から、上部電極36の内側端縁部36a、圧電膜34の内側延出部分52b、内側段部52、および内側肉薄部分52aを介して、下部電極32の内側端縁部32aを覆う位置まで延びている。また、絶縁膜40は、上部電極36の図示上面から、上部電極36の外側端縁部36b、圧電膜34の外側延出部分54b、外側段部54、および外側肉薄部分54aを介して、下部電極32の外側端縁部32bを覆う位置まで延びている。   The insulating film 40 covers the surfaces of the plurality of piezoelectric elements 30 and the surface 20 a of the nozzle plate 20 except for the via holes 42. Specifically, the insulating film 40 is formed from the upper surface of the upper electrode 36 through the inner edge portion 36a of the upper electrode 36, the inner extending portion 52b, the inner step portion 52, and the inner thin portion 52a of the piezoelectric film 34. And extends to a position covering the inner edge 32 a of the lower electrode 32. Further, the insulating film 40 is formed from the upper surface of the upper electrode 36 through the outer edge 36b of the upper electrode 36, the outer extending portion 54b of the piezoelectric film 34, the outer stepped portion 54, and the outer thin portion 54a. The electrode 32 extends to a position covering the outer edge 32b.

上記のように、上部電極36の内側端縁部36aから離間した位置に圧電膜34の内側段部52を設けることで、圧電膜34をそのままの厚みで延長した内側延出部分52bを設けることができる。内側延出部分52bは、上部電極36の内側端縁部36aの近傍で絶縁破壊を生じる不具合を防止するよう機能する。反面、内側延出部分52bの径方向に沿った幅を大きくすると、その分、圧電素子30の非能動部の圧電膜の剛性が高くなり、駆動効率が低下する。このため、本実施形態では、内側延出部分52bの径方向の幅を比較的短くした。具体的には、内側延出部分52bの径方向の幅を内側肉薄部分52aの径方向の幅より短くした。   As described above, by providing the inner stepped portion 52 of the piezoelectric film 34 at a position spaced from the inner edge 36a of the upper electrode 36, the inner extending portion 52b obtained by extending the piezoelectric film 34 with the same thickness is provided. Can do. The inner extending portion 52b functions to prevent a problem that causes dielectric breakdown in the vicinity of the inner end edge 36a of the upper electrode 36. On the other hand, when the width along the radial direction of the inner extending portion 52b is increased, the rigidity of the piezoelectric film of the inactive portion of the piezoelectric element 30 is increased correspondingly, and the driving efficiency is decreased. For this reason, in this embodiment, the radial width of the inner extending portion 52b is made relatively short. Specifically, the radial width of the inner extension portion 52b was made shorter than the radial width of the inner thin portion 52a.

同様に、上部電極36の外側端縁部36bから離間した位置に圧電膜34の外側段部54を設けることで、圧電膜34をそのままの厚みで延長した外側延出部分54bを設けることができる。外側延出部分54bは、上部電極36の外側端縁部36bの近傍で絶縁破壊を生じる不具合を防止するよう機能する。反面、外側延出部分54bの径方向に沿った幅を大きくすると、その分、圧電素子30の非能動部の圧電膜の剛性が高くなり、駆動効率が低下する。このため、本実施形態では、外側延出部分54bの径方向の幅を比較的短くした。具体的には、外側延出部分54bの径方向の幅を外側肉薄部分54aの径方向の幅より短くした。   Similarly, by providing the outer stepped portion 54 of the piezoelectric film 34 at a position spaced from the outer edge 36b of the upper electrode 36, it is possible to provide an outer extending portion 54b obtained by extending the piezoelectric film 34 with the same thickness. . The outer extending portion 54b functions to prevent a problem that causes dielectric breakdown in the vicinity of the outer edge 36b of the upper electrode 36. On the other hand, when the width along the radial direction of the outer extending portion 54b is increased, the rigidity of the piezoelectric film of the inactive portion of the piezoelectric element 30 is increased correspondingly, and the driving efficiency is decreased. For this reason, in this embodiment, the radial width of the outer extending portion 54b is made relatively short. Specifically, the radial width of the outer extending portion 54b was made shorter than the radial width of the outer thin portion 54a.

また、上記のように、圧電膜34のノズル22側の内周部に内側段部52を設けることで、内側肉薄部分52aを設けることができる。内側肉薄部分52aを設けることで、圧電膜34の内側段部52を含む内周端面と絶縁膜40の境界に沿った、上部電極36の内側端縁部36aから下部電極32の内側端縁部32aに至る沿面距離を長くすることができ、この部位で絶縁破壊を生じ難くすることができる。沿面距離は、内側肉薄部分52aの径方向の幅を長くすることで長くすることができる。   Further, as described above, the inner thin portion 52 a can be provided by providing the inner stepped portion 52 on the inner peripheral portion of the piezoelectric film 34 on the nozzle 22 side. By providing the inner thin portion 52a, the inner edge portion 36a of the upper electrode 36 and the inner edge portion of the lower electrode 32 along the boundary between the inner peripheral end surface including the inner step portion 52 of the piezoelectric film 34 and the insulating film 40 are provided. The creepage distance to 32a can be increased, and dielectric breakdown can be made difficult to occur at this portion. The creepage distance can be increased by increasing the radial width of the inner thin portion 52a.

なお、内側肉薄部分52aは、圧電膜34の厚みの半分以下の厚みを有するため、この部分で圧電素子30の剛性が高まる不具合を抑制でき、圧電素子30の駆動効率を大幅に低下させる不具合を生じることがない。また、内側肉薄部分52aの径方向に沿った幅は、この部位で絶縁破壊を生じることがないように、内側肉薄部分52aの表面を含む上述した沿面距離が圧電膜34の厚みの倍以上になるように設計した。   Since the inner thin portion 52a has a thickness that is less than half the thickness of the piezoelectric film 34, it is possible to suppress the problem that the rigidity of the piezoelectric element 30 is increased at this portion, and the problem that the drive efficiency of the piezoelectric element 30 is greatly reduced. It does not occur. Further, the width along the radial direction of the inner thin portion 52a is such that the above-mentioned creepage distance including the surface of the inner thin portion 52a is more than double the thickness of the piezoelectric film 34 so that dielectric breakdown does not occur at this portion. Designed to be

また、上記のように、圧電膜34のノズル22から離れた外周部に外側段部54を設けることで、外側肉薄部分54aを設けることができる。外側肉薄部分54aを設けることで、圧電膜34の外側段部54を含む外周端面と絶縁膜40の境界に沿った、上部電極36の外側端縁部36bから下部電極32の外側端縁部32bに至る沿面距離を長くすることができ、この部位で絶縁破壊を生じ難くすることができる。沿面距離は、外側肉薄部分54aの径方向の幅を長くすることで長くすることができる。   In addition, as described above, the outer thin portion 54 a can be provided by providing the outer stepped portion 54 on the outer peripheral portion of the piezoelectric film 34 that is away from the nozzle 22. By providing the outer thin portion 54 a, the outer edge portion 32 b of the lower electrode 32 extends from the outer edge portion 36 b of the upper electrode 36 along the boundary between the outer peripheral end surface including the outer step portion 54 of the piezoelectric film 34 and the insulating film 40. It is possible to increase the creepage distance to reach and to make it difficult to cause dielectric breakdown at this portion. The creepage distance can be increased by increasing the radial width of the outer thin portion 54a.

なお、外側肉薄部分54aは、圧電膜34の厚みの半分以下の厚みを有するため、この部分で圧電素子30の剛性が高まる不具合を抑制でき、圧電素子30の駆動効率を大幅に低下させる不具合を生じることがない。また、外側肉薄部分54aの径方向に沿った幅は、この部位で絶縁破壊を生じることがないように、外側肉薄部分54aの表面を含む上述した沿面距離が圧電膜34の厚みの倍以上になるように設計した。   In addition, since the outer thin portion 54a has a thickness that is half or less of the thickness of the piezoelectric film 34, it is possible to suppress a problem that the rigidity of the piezoelectric element 30 is increased in this portion, and a problem that the driving efficiency of the piezoelectric element 30 is significantly reduced. It does not occur. Further, the width along the radial direction of the outer thin portion 54a is such that the above-mentioned creepage distance including the surface of the outer thin portion 54a is more than double the thickness of the piezoelectric film 34 so that dielectric breakdown does not occur at this portion. Designed to be

以下、上述したヘッド100の動作について説明する。
まず、図示しない外部のインク供給ポンプから図示しないインク供給路を介して複数のインク圧力室12へインクを供給する。この状態で、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、各圧電素子30の下部電極32と上部電極36の間に駆動電圧を選択的に印加する。これにより、駆動電圧を印加した圧電素子30の圧電膜34が収縮して圧電素子30が凹状に屈曲変形し、対応するインク圧力室12の体積が増大し、インク圧力室12にインクが流入する。次に、駆動電圧を除去すると、圧電素子30の屈曲変形が元に戻り、インク圧力室の12の体積が減少し、インク圧力室12内の圧力が上がり、ノズル22を介してインク滴が吐出する。
Hereinafter, the operation of the head 100 described above will be described.
First, ink is supplied from an external ink supply pump (not shown) to the plurality of ink pressure chambers 12 via an ink supply path (not shown). In this state, a drive voltage is selectively applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 36 of each piezoelectric element 30 in accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown). As a result, the piezoelectric film 34 of the piezoelectric element 30 to which the drive voltage is applied contracts and the piezoelectric element 30 is bent and deformed into a concave shape, the volume of the corresponding ink pressure chamber 12 increases, and ink flows into the ink pressure chamber 12. . Next, when the drive voltage is removed, the bending deformation of the piezoelectric element 30 is restored, the volume of the ink pressure chamber 12 is reduced, the pressure in the ink pressure chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected through the nozzles 22. To do.

次に、図3乃至図12を参照して、上述したヘッド100の製造方法を説明する。
まず、図3に示すように、熱酸化により流路基板10を酸化してSi酸化膜からなるノズルプレート20を形成する。このとき、同時に、流路基板10の第2面10bにSi酸化膜20’が形成される。本実施形態では、Si基板の熱酸化によりノズルプレート20を形成したが、熱酸化法以外のプラズマCVD法やTEOSを原材料とするCVD法なども使用することができる。
Next, a method for manufacturing the head 100 described above will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 3, the flow path substrate 10 is oxidized by thermal oxidation to form a nozzle plate 20 made of a Si oxide film. At the same time, a Si oxide film 20 ′ is formed on the second surface 10 b of the flow path substrate 10. In the present embodiment, the nozzle plate 20 is formed by thermal oxidation of the Si substrate. However, plasma CVD methods other than the thermal oxidation method, CVD methods using TEOS as a raw material, and the like can also be used.

この後、図4に示すように、ノズルプレート20の表面20a上に、スパッタリングによりTi/Ptからなる下部電極32の層を形成し、その上にPZTからなる圧電膜34の層を形成し、さらにその上にAuからなる上部電極36の層を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 4, a layer of the lower electrode 32 made of Ti / Pt is formed on the surface 20a of the nozzle plate 20 by sputtering, and a layer of the piezoelectric film 34 made of PZT is formed thereon, Further thereon, a layer of an upper electrode 36 made of Au is formed.

次に、図5に示すように、フォトリソグラフィーおよびウェットエッチングにより、上部電極36の層を選択的にエッチングして、上部電極36をパターニングする。   Next, as shown in FIG. 5, the upper electrode 36 is patterned by selectively etching the layer of the upper electrode 36 by photolithography and wet etching.

次に、図6に示すように、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングにより、圧電膜34の層をハーフエッチングして、上部電極36の内側端縁部36aから内側に離れた位置に内側段部52を形成し、上部電極36の外側端縁部36bから外側に離れた位置に外側段部54を形成する。このとき、同時に、圧電膜34の内側に内側延出部分52bが形成され、圧電膜34の外側に外側延出部分54bが形成される。   Next, as shown in FIG. 6, the layer of the piezoelectric film 34 is half-etched by photolithography and reactive ion etching, and the inner step 52 is located away from the inner edge 36 a of the upper electrode 36. And an outer stepped portion 54 is formed at a position away from the outer edge 36 b of the upper electrode 36. At the same time, the inner extension portion 52 b is formed inside the piezoelectric film 34, and the outer extension portion 54 b is formed outside the piezoelectric film 34.

次に、図7に示すように、フォトリソグラフィーおよびウェットエッチングにより、圧電膜34の肉薄部分をエッチングして、圧電膜34の内側に内側肉薄部分52aを形成し、圧電膜34の外側に外側肉薄部分54aを形成する。   Next, as shown in FIG. 7, the thin portion of the piezoelectric film 34 is etched by photolithography and wet etching to form an inner thin portion 52 a inside the piezoelectric film 34, and the outer thin portion is formed outside the piezoelectric film 34. A portion 54a is formed.

次に、図8に示すように、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングにより、下部電極32の層をエッチングしてパターニングし、個別駆動配線33を形成する。   Next, as shown in FIG. 8, the layer of the lower electrode 32 is etched and patterned by photolithography and reactive ion etching to form the individual drive wiring 33.

次に、図9に示すように、圧電素子30の表面、ノズルプレート20の表面20a、および個別駆動配線33の表面を覆うように、撥水性の絶縁膜40を形成する。或いは、絶縁膜40を親水性の材料により形成し、絶縁膜40の表面に撥水膜を形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 9, a water-repellent insulating film 40 is formed so as to cover the surface of the piezoelectric element 30, the surface 20 a of the nozzle plate 20, and the surface of the individual drive wiring 33. Alternatively, the insulating film 40 may be formed of a hydrophilic material, and a water repellent film may be formed on the surface of the insulating film 40.

次に、図9に示すように、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングによりパターニングして、上部電極36の上部にビアホール42を形成する。そして、このビアホール42を介して上部電極36に導通するように、スパッタリングにより共通配線37の層を形成し、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングによってこの層をパターニングして、共通配線37を形成する。   Next, as shown in FIG. 9, patterning is performed by photolithography and reactive ion etching to form a via hole 42 above the upper electrode 36. Then, a layer of the common wiring 37 is formed by sputtering so as to be electrically connected to the upper electrode 36 through the via hole 42, and the common wiring 37 is formed by patterning this layer by photolithography and reactive ion etching.

次に、図10に示すように、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングによりノズルプレート20をパターニングして、圧電素子30の中心にノズル22を形成する。   Next, as shown in FIG. 10, the nozzle plate 20 is patterned by photolithography and reactive ion etching to form the nozzle 22 at the center of the piezoelectric element 30.

次に、図11に示すように、流路基板10のノズルプレート20から離間した第2面10b側から裏面フォトリソグラフィーおよび深掘りエッチング(D−RIE)によりインク圧力室12を形成する。これにより、ノズル22とインク圧力室12が連通する。   Next, as shown in FIG. 11, the ink pressure chamber 12 is formed from the second surface 10b side of the flow path substrate 10 away from the nozzle plate 20 by back surface photolithography and deep etching (D-RIE). Thereby, the nozzle 22 and the ink pressure chamber 12 communicate with each other.

次に、図12に示すように、流路基板10の第2面10bにあるSi酸化膜20’にバックプレート50を接着固定し、インク圧力室12の裏面側を塞ぐ。バックプレート50の接着方法としては、例えば、真空雰囲気中で双方の基板表面を清浄処理後密着して加圧により接着するシリコンダイレクトボンディング法を用いてもよいし、有機接着剤を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 12, the back plate 50 is bonded and fixed to the Si oxide film 20 ′ on the second surface 10 b of the flow path substrate 10 to close the back surface side of the ink pressure chamber 12. As a bonding method of the back plate 50, for example, a silicon direct bonding method in which both substrate surfaces are brought into close contact after being subjected to a cleaning process in a vacuum atmosphere and bonded by pressure may be used, or an organic adhesive may be used. .

なお、以上説明した一連の膜形成及びエッチングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、一つ一つのチップに分割する。   In the series of film formation and etching described above, a large number of chips are simultaneously formed on a single wafer, and are divided into individual chips after the process is completed.

以上のように、本実施形態のヘッド100の製造方法によれば、簡単なプロセスによりヘッド100を製造することが可能であり、特に長時間の絶縁耐圧に優れて駆動耐久性及び信頼性が高く、駆動効率も高い圧電MEMS型のインクジェット式記録ヘッド100を提供することが可能となる。   As described above, according to the method for manufacturing the head 100 of the present embodiment, the head 100 can be manufactured by a simple process, and is particularly excellent in long-term withstand voltage and high drive durability and reliability. In addition, it is possible to provide the piezoelectric MEMS ink jet recording head 100 having high driving efficiency.

つまり、本実施形態によると、圧電素子30の内側および外側の端縁部に上部電極36の端縁部36a、36bより圧電膜34をわずかに突出させた延出部分52b、54bを設けたため、上部電極36の端縁部36a、36b近くで絶縁破壊を生じる不具合を防止することができる。   That is, according to the present embodiment, the extended portions 52b and 54b in which the piezoelectric film 34 is slightly protruded from the end edges 36a and 36b of the upper electrode 36 are provided on the inner and outer end edges of the piezoelectric element 30. Problems that cause dielectric breakdown near the edge portions 36a and 36b of the upper electrode 36 can be prevented.

また、本実施形態によると、圧電素子30の内側および外側の端縁部に段部52、54を形成して肉薄部分52a、54aを設けたため、圧電膜34と絶縁膜40の境界における沿面距離をかせぐことができ、この部分における絶縁破壊を防止することができる。   Further, according to the present embodiment, the stepped portions 52 and 54 are formed at the inner and outer edge portions of the piezoelectric element 30 and the thin portions 52a and 54a are provided, so that the creepage distance at the boundary between the piezoelectric film 34 and the insulating film 40 is increased. And can prevent dielectric breakdown in this portion.

また、本実施形態のように、圧電素子30の内側の端縁部に内側段部52を設けると、ノズル22の容積を大きくすることができ、十分な吐出圧力で大きな液滴を吐出させることができる。これにより、動作の信頼性を向上させることができ、階調表現に関しても有利となる。この場合、絶縁膜40を親水性の材料により形成して圧電素子30の上部電極36の図示上面を覆う絶縁膜40の表面に撥水膜を設けることが条件となる。つまり、この場合、内側段部52を設けない場合と比較して内側段部52を設けた場合の方がノズル22の容積を大きくすることができる。   Further, when the inner stepped portion 52 is provided at the inner edge of the piezoelectric element 30 as in the present embodiment, the volume of the nozzle 22 can be increased, and a large droplet can be discharged with a sufficient discharge pressure. Can do. As a result, the reliability of the operation can be improved, which is advantageous in terms of gradation expression. In this case, the condition is that the insulating film 40 is formed of a hydrophilic material and a water repellent film is provided on the surface of the insulating film 40 that covers the upper surface of the upper electrode 36 of the piezoelectric element 30 in the drawing. That is, in this case, the volume of the nozzle 22 can be increased when the inner stepped portion 52 is provided, compared to the case where the inner stepped portion 52 is not provided.

ノズル22の容積を大きくすると、インク滴を吐出させた後のメニスカスの振動により外気がインク圧力室12内に侵入する不具合を抑制でき、インク圧力室12内における気泡の発生を防止することができる。また、ノズル22の容積を大きくすると、ドット径の大きなインク滴を突出させることができ、階調表現の幅を広げることができる。この場合、ドット数による階調表現となる。   When the volume of the nozzle 22 is increased, it is possible to suppress a problem that outside air enters the ink pressure chamber 12 due to vibration of the meniscus after ink droplets are ejected, and it is possible to prevent generation of bubbles in the ink pressure chamber 12. . Further, when the volume of the nozzle 22 is increased, an ink droplet having a large dot diameter can be projected, and the range of gradation expression can be expanded. In this case, the gradation expression is based on the number of dots.

(第1の変形例)
図13は、第1の実施形態の第1の変形例に係るインクジェット式記録ヘッド110(以下、単にヘッド110と称する)を示す部分拡大断面図である。ヘッド110は、圧電素子30’の形状が異なる以外、上述した第1の実施形態のヘッド100と略同じ構造を有する。したがって、ここでは、第1の実施形態と重複する内容については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(First modification)
FIG. 13 is a partially enlarged cross-sectional view showing an ink jet recording head 110 (hereinafter simply referred to as the head 110) according to a first modification of the first embodiment. The head 110 has substantially the same structure as the head 100 of the first embodiment described above, except that the shape of the piezoelectric element 30 ′ is different. Accordingly, the same contents as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted here.

圧電素子30’は、その内側の端縁部がノズル22から離れており、外径がヘッド100の圧電素子30よりわずかに大きくされている。図13の断面図でみると、インク圧力室12の内壁12aとノズル22のちょうど中間に圧電素子30’を設けてある。   The inner edge of the piezoelectric element 30 ′ is separated from the nozzle 22, and the outer diameter is slightly larger than that of the piezoelectric element 30 of the head 100. In the cross-sectional view of FIG. 13, the piezoelectric element 30 ′ is provided just between the inner wall 12 a of the ink pressure chamber 12 and the nozzle 22.

このように、圧電素子30’の内側端縁部をノズル22から離間させて配置すると、圧電膜34に設けた内側肉薄部分52aを径方向内側に長くすることができる。これにより、この部分における圧電膜34と絶縁膜40の境界に沿った沿面距離を長くすることができ、絶縁破壊を防止することができる。   As described above, when the inner edge portion of the piezoelectric element 30 ′ is disposed away from the nozzle 22, the inner thin portion 52 a provided in the piezoelectric film 34 can be elongated inward in the radial direction. As a result, the creepage distance along the boundary between the piezoelectric film 34 and the insulating film 40 in this portion can be increased, and dielectric breakdown can be prevented.

(第2の変形例)
図14は、第1の実施形態の第2の変形例に係るインクジェット式記録ヘッド120(以下、単にヘッド120と称する)を示す部分拡大断面図である。ヘッド120は、圧電素子30”の形状が異なる以外、上述した第1の変形例のヘッド110と略同じ構造を有する。したがって、ここでは、第1の変形例と重複する内容については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second modification)
FIG. 14 is a partially enlarged cross-sectional view showing an ink jet recording head 120 (hereinafter simply referred to as the head 120) according to a second modification of the first embodiment. The head 120 has substantially the same structure as the head 110 of the first modified example described above except that the shape of the piezoelectric element 30 ″ is different. Therefore, here, the same reference numerals are used for the same contents as those of the first modified example. The detailed description is omitted.

圧電素子30”は、その内側の端縁部がノズル22からさらに離れており、外側の端縁部がインク圧力室12の内壁12aより外側に延びている。図14の断面図でみると、インク圧力室12を区画する流路基板10の壁部に重なる位置まで圧電素子30”の外側端縁部が延びている。つまり、この圧電素子30”の外側端縁部は、剛体に固定された状態にあるため変形しない。   The inner edge of the piezoelectric element 30 ″ is further away from the nozzle 22, and the outer edge extends outward from the inner wall 12a of the ink pressure chamber 12. As seen in the cross-sectional view of FIG. The outer edge of the piezoelectric element 30 ″ extends to a position overlapping the wall of the flow path substrate 10 that defines the ink pressure chamber 12. That is, the outer edge of the piezoelectric element 30 ″ is not deformed because it is fixed to a rigid body.

このため、圧電素子30”の外側端縁部に段部54を設ける必要はなく、外側延出部分54bをそのままの厚さで延長することができる。つまり、本変形例によると、上述した第1の変形例と比較して、段部54を省略することができ、その分、製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。   For this reason, it is not necessary to provide the stepped portion 54 at the outer edge of the piezoelectric element 30 ″, and the outer extending portion 54b can be extended with the same thickness. That is, according to the present modification, the above-described first Compared with the first modification, the step portion 54 can be omitted, and the manufacturing process can be simplified correspondingly, and the manufacturing cost can be reduced.

(第2の実施形態)
図15は、第2の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド200(以下、単にヘッド200と称する)の要部を部分的に拡大した部分拡大断面図である。このヘッド200は、圧電素子210の内側端縁部および外側端縁部の形状が異なる以外、上述した第1の実施形態のヘッド100と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第1の実施形態と同様に機能する構成には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 15 is a partially enlarged cross-sectional view in which a main part of an ink jet recording head 200 (hereinafter simply referred to as the head 200) according to the second embodiment is partially enlarged. The head 200 has substantially the same structure as the head 100 of the first embodiment described above, except that the shapes of the inner edge and the outer edge of the piezoelectric element 210 are different. Therefore, the same reference numerals are given to components that function in the same manner as in the first embodiment, and detailed descriptions thereof are omitted.

本実施形態の圧電素子210は、圧電膜34のノズル22に隣接した内側端縁部に複数(本実施形態では2つ)の段部を含む内側凹凸部212を設け、ノズル22から離間した圧電膜34の外側端縁部に複数(本実施形態では2つ)の段部を含む外側凹凸部214を設けた構造を有する。   The piezoelectric element 210 of the present embodiment is provided with an inner uneven portion 212 including a plurality of (two in this embodiment) stepped portions on the inner edge of the piezoelectric film 34 adjacent to the nozzle 22, and the piezoelectric element separated from the nozzle 22. It has a structure in which an outer concavo-convex portion 214 including a plurality of (two in this embodiment) stepped portions is provided on the outer edge portion of the film 34.

このように、複数の段部を含む凹凸部212、214を圧電素子210の端縁部に設けることで、圧電素子210の径方向のサイズを変えることなく、内側および外側の端縁部における絶縁膜40との境界に沿った沿面距離を延長することができ、この部位における絶縁破壊をより確実に防止することができる。   As described above, by providing the uneven portions 212 and 214 including a plurality of step portions at the end edge portion of the piezoelectric element 210, insulation at the inner and outer end edge portions without changing the radial size of the piezoelectric element 210 is achieved. The creepage distance along the boundary with the film 40 can be extended, and the dielectric breakdown at this portion can be prevented more reliably.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施形態の説明においては、インクジェット式記録ヘッドおよびその製造方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるインクジェット式記録ヘッドおよびその製造方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. The above embodiment is merely given as an example and does not limit the present invention. In the description of the embodiment, the description of the ink jet recording head and its manufacturing method, etc., which are not directly necessary for the description of the present invention is omitted, but the ink jet recording head and the manufacturing thereof are required. Elements related to the method and the like can be appropriately selected and used.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのインクジェット式記録ヘッドが、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。   In addition, all inkjet recording heads that include the elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof.

10…流路基板、12…インク圧力室、20…ノズルプレート、22…ノズル、30、30’、30”、210…圧電素子、32…下部電極、34…圧電膜、36…上部電極、36a…内側端縁部、36b…外側端縁部、40…絶縁膜、52…内側段部、52a…内側肉薄部分、52b…内側延出部分、54…外側段部、54a…外側肉薄部分、54b…外側延出部分、100、110、120、200…インクジェット式記録ヘッド、212…内側凹凸部、214…外側凹凸部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Channel board | substrate, 12 ... Ink pressure chamber, 20 ... Nozzle plate, 22 ... Nozzle, 30, 30 ', 30 ", 210 ... Piezoelectric element, 32 ... Lower electrode, 34 ... Piezoelectric film, 36 ... Upper electrode, 36a ... inner edge 36b ... outer edge 40 ... insulating film 52 ... inner step 52a ... inner thin part 52b ... inner extension 54 ... outer step 54a ... outer thin part 54b ... outwardly extending portion, 100, 110, 120, 200 ... ink jet recording head, 212 ... inside uneven portion, 214 ... outside uneven portion.

実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、複数のインク圧力室にそれぞれ連通した複数のノズルを有するノズルプレートと、各ノズルを囲むようにインク圧力室から離間したノズルプレートの表面に設けた下部電極、下部電極に重ねて設けた圧電膜、および圧電膜に重ねて設けた上部電極をそれぞれ有する複数の圧電素子と、を有する。圧電膜は、上部電極の端縁部から離間した位置で他の部分より厚みを薄くした部分を有する。 An ink jet recording head according to an embodiment includes a nozzle plate having a plurality of nozzles respectively communicating with a plurality of ink pressure chambers, and a lower electrode provided on the surface of the nozzle plate spaced from the ink pressure chamber so as to surround each nozzle, And a plurality of piezoelectric elements each having a piezoelectric film provided on the lower electrode and an upper electrode provided on the piezoelectric film. The piezoelectric film has a portion that is thinner than the other portions at a position spaced from the edge of the upper electrode.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのインクジェット式記録ヘッドが、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
以下、本願の原出願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
複数のインク圧力室にそれぞれ連通した複数のノズルを有するノズルプレートと、
前記各ノズルを囲むように前記インク圧力室から離間した前記ノズルプレートの表面に設けた下部電極、前記下部電極に重ねて設けた圧電膜、および前記圧電膜に重ねて設けた上部電極をそれぞれ有する複数の圧電素子と、を有し、
前記圧電膜は、前記上部電極の端縁部から離間した位置でその厚みを薄くした段部を有する、
インクジェット式記録ヘッド。
[2]
前記上部電極の端縁部から前記段部までの間の延出部分の長さは、前記段部の肉薄部分の長さより短い、
[1]のインクジェット式記録ヘッド。
[3]
前記段部の肉薄部分の厚みは、前記圧電膜の厚みの半分以下である、
[1]のインクジェット式記録ヘッド。
[4]
前記上部電極の端縁部から前記段部を介して前記下部電極に至る前記圧電膜の端面の沿面距離は、前記圧電膜の厚みの倍以上である、
[1]のインクジェット式記録ヘッド。
[5]
前記段部は、前記上部電極の前記ノズルに近い端縁部から内側に離間した位置に設けられている、
[1]のインクジェット式記録ヘッド。
In addition, all inkjet recording heads that include the elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof.
Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the original application of the present application will be appended.
[1]
A nozzle plate having a plurality of nozzles respectively communicating with a plurality of ink pressure chambers;
A lower electrode provided on the surface of the nozzle plate spaced from the ink pressure chamber so as to surround each nozzle; a piezoelectric film provided on the lower electrode; and an upper electrode provided on the piezoelectric film. A plurality of piezoelectric elements,
The piezoelectric film has a stepped portion whose thickness is reduced at a position away from an edge of the upper electrode.
Inkjet recording head.
[2]
The length of the extended portion from the edge of the upper electrode to the step is shorter than the length of the thin portion of the step,
[1] Inkjet recording head.
[3]
The thickness of the thin portion of the stepped portion is less than or equal to half the thickness of the piezoelectric film.
[1] Inkjet recording head.
[4]
The creeping distance of the end face of the piezoelectric film from the edge of the upper electrode to the lower electrode through the stepped portion is more than twice the thickness of the piezoelectric film.
[1] Inkjet recording head.
[5]
The step portion is provided at a position spaced inward from an edge portion of the upper electrode near the nozzle,
[1] Inkjet recording head.

Claims (5)

複数のインク圧力室にそれぞれ連通した複数のノズルを有するノズルプレートと、
前記各ノズルを囲むように前記インク圧力室から離間した前記ノズルプレートの表面に設けた下部電極、前記下部電極に重ねて設けた圧電膜、および前記圧電膜に重ねて設けた上部電極をそれぞれ有する複数の圧電素子と、を有し、
前記圧電膜は、前記上部電極の端縁部から離間した位置でその厚みを薄くした段部を有する、
インクジェット式記録ヘッド。
A nozzle plate having a plurality of nozzles respectively communicating with a plurality of ink pressure chambers;
A lower electrode provided on the surface of the nozzle plate spaced from the ink pressure chamber so as to surround each nozzle; a piezoelectric film provided on the lower electrode; and an upper electrode provided on the piezoelectric film. A plurality of piezoelectric elements,
The piezoelectric film has a stepped portion whose thickness is reduced at a position away from an edge of the upper electrode.
Inkjet recording head.
前記上部電極の端縁部から前記段部までの間の延出部分の長さは、前記段部の肉薄部分の長さより短い、
請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
The length of the extended portion from the edge of the upper electrode to the step is shorter than the length of the thin portion of the step,
The ink jet recording head according to claim 1.
前記段部の肉薄部分の厚みは、前記圧電膜の厚みの半分以下である、
請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
The thickness of the thin portion of the stepped portion is less than or equal to half the thickness of the piezoelectric film.
The ink jet recording head according to claim 1.
前記上部電極の端縁部から前記段部を介して前記下部電極に至る前記圧電膜の端面の沿面距離は、前記圧電膜の厚みの倍以上である、
請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
The creeping distance of the end face of the piezoelectric film from the edge of the upper electrode to the lower electrode through the stepped portion is more than twice the thickness of the piezoelectric film.
The ink jet recording head according to claim 1.
前記段部は、前記上部電極の前記ノズルに近い端縁部から内側に離間した位置に設けられている、
請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
The step portion is provided at a position spaced inward from an edge portion of the upper electrode near the nozzle,
The ink jet recording head according to claim 1.
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