JP3690098B2 - Inkjet recording head - Google Patents

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JP3690098B2
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面の圧電体層を形成して、圧電体層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に関する。
【0002】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電振動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、圧電振動子が軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電振動子を使用したものと、たわみ振動モードの圧電振動子を使用したものの2種類が実用化されている。
【0003】
前者は圧電振動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、圧電振動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振動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。
【0004】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電振動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。
【0005】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平5−286131号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電振動子を形成したものが提案されている。
【0006】
これによれば圧電振動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振動子を作り付けることができるばかりでなく、圧電振動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。
【0007】
また、この場合、基板として、例えばシリコン単結晶基板を用い、圧力発生室やリザーバ等の流路を異方性エッチングにより形成し、圧力発生室の開口面積を可及的に小さくして記録密度の向上を図ることが可能である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、記録密度を上げようとすると、圧力発生室を区画する隔壁の肉厚を薄くせざるを得ず、これにより圧力発生室を区画する隔壁の剛性が低下し、クロストークやインク滴の吐出不良が生じる等の問題がある。
【0009】
本発明はこのような事情に鑑み、記録密度を向上させた状態でクロストークやインク滴吐出不良を防止することができるインクジェット式記録ヘッドを提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、一方面にノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画された圧力発生室の列を備え、他方面に前記圧力発生室の一部を構成する振動板および前記圧力発生室に対向する領域に形成された圧電体能動部からなる圧電振動子を備えた流路形成基板と、この流路形成基板の前記一方面側に接合されて前記圧力発生室を封止する封止プレートとを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の前記封止プレートとは反対側に、前記流路形成基板と同一の材質からなる第1の裏打ち材と、前記封止プレートと同一の材質からなる第2の裏打ち材と、が形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0011】
かかる第1の態様では、複数材質の裏打ち材で接合時の反りを防止することができ、さらには、クロストークを防止することができると共に、接合した際の全体のバランスがとれ、反りが防止される。
【0012】
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記第1の裏打ち材は前記流路形成基板に直接接合され、前記第2の裏打ち材が前記第1の裏打ち材の前記流路形成基板とは反対側に接合されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0013】
かかる第2の態様では、第1の裏打ち材と第2の裏打ち材とで、流路形成基板と封止プレートとのバランスを図ることができ、反り、さらにはクロストークが防止される。
【0014】
本発明の第3の態様は、第2の態様において、前記第1の裏打ち材が、前記各圧電振動子の駆動を阻害しない程度の空間からなる凹部と、前記流路形成基板の前記隔壁に対向する領域に接合されて前記凹部を区画する区画壁とを有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0015】
かかる第3の態様では、第1の裏打ち材の区画壁で流路形成基板を密に保持することができ、反り、さらにはクロストークがさらに防止される。
【0016】
本発明の第4の態様は、第3の態様において、前記第1の裏打ち材の前記区画壁の幅が、前記流路形成基板の前記隔壁の幅より小さいことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0017】
かかる第4の態様では、区画壁が圧力発生室を封止する振動板の剛性を高めることがない。
【0024】
本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様において、前記封止プレートが、前記各圧力発生室にそれぞれ連通するノズル開口を有するノズルプレートであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0025】
かかる第5の態様では、封止プレートのノズル開口からインクが吐出される。
【0026】
本発明の第6の態様は、第1〜5の態様の何れかにおいて、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電振動子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0027】
かかる第6の態様では、高密度のノズル開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比較的容易に製造することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0029】
(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組立斜視図であり、図2は、その1つの圧力発生室の長手方向及び幅方向における断面構造を示す図である。
【0030】
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板10としては、通常、150〜300μm程度の厚さのものが用いられ、望ましくは180〜280μm程度、より望ましくは220μm程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【0031】
流路形成基板10の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ1〜2μmの弾性膜50が形成されている。
【0032】
一方、流路形成基板10の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、複数の隔壁11により区画された圧力発生室12の列13が2列と、2列の圧力発生室12の列13の三方を囲むように略コ字状に配置されたリザーバ14と、各圧力発生室12とリザーバ14とを一定の流体抵抗で連通するインク供給口15がそれぞれ形成されている。なお、リザーバ14の略中央部には、外部から当該リザーバ14にインクを供給するためのインク導入孔16が形成されている。
【0033】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面と、この第1の(111)面と約70度の角度をなし且つ上記(110)と約35度の角度をなす第2の(111)面とが出現し、(110)面のエッチングレートと比較して(111)面のエッチングレートが約1/180であるという性質を利用して行われるものである。かかる異方性エッチングにより、二つの第1の(111)面と斜めの二つの第2の(111)面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室12を高密度に配列することができる。
【0034】
本実施形態では、各圧力発生室12の長辺を第1の(111)面で、短辺を第2の(111)面で形成している。この圧力発生室12は、流路形成基板10をほぼ貫通して弾性膜50に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜50は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室12の一端に連通する各インク供給口15は、圧力発生室12より浅く形成されている。すなわち、インク供給口15は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング(ハーフエッチング)することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【0035】
また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給口15とは反対側で連通するノズル開口17が穿設されたノズルプレート18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18は、厚さが例えば、0.1〜1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート18は、一方の面で流路形成基板10の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。
【0036】
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室12の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口17の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、1インチ当たり360個のインク滴を記録する場合、ノズル開口17は数十μmの溝幅で精度よく形成する必要がある。
【0037】
一方、流路形成基板10の開口面とは反対側の弾性膜50の上には、厚さが例えば、約0.5μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1μmの圧電体膜70と、厚さが例えば、約0.1μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電振動子(圧電素子)を構成している。このように、弾性膜50の各圧力発生室12に対向する領域には、各圧力発生室12毎に独立して圧電振動子が設けられているが、本実施形態では、下電極膜60は圧電振動子の共通電極とし、上電極膜80を圧電振動子の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室12毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
【0038】
また、圧電体能動部側の弾性膜50上には、第1裏打ち材110が、さらに、その上面には第2裏打ち材120が固着されている。
【0039】
この第1裏打ち材110は、流路形成基板10の線膨張係数に近い線膨張係数を有する材質からなり、各圧力発生室12に対向する領域に、圧電体振動子の駆動を阻害しない程度の空間を有する溝部111が設けられ、この溝部111は、第1裏打ち材110を貫通して形成され、それぞれ区画壁112によって区画されている。この区画壁112は、流路形成基板10の隔壁11に対向する領域に形成され、本実施形態では、区画壁112の幅が、隔壁11よりも狭く形成されている。この第1裏打ち材110は、流路形成基板10の端部及び隔壁11に対向する領域に接着剤等を介して固着される。この際、第1裏打ち材110は、本実施形態のように、下電極膜60まで除去し、弾性膜50上に直接接着するようにすることが好ましい。なお、圧電体層70を除去して、下電極膜60に接着されるようにしてもよい。何れにしても、流路形成基板10と第1裏打ち板110との接合が良好に行われる。
【0040】
このような第1裏打ち材110の材質は、流路形成基板10になるべく近い線膨張係数を有するものであることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一の材質であるシリコン単結晶基板を用いた。また、第1裏打ち材110に画成された溝部111の大きさは、圧電振動子の駆動を阻害しない程度の大きさを有していれば、特に限定されないが、本実施形態では、区画壁112の幅を隔壁11よりも狭い幅で形成しているため、区画壁112が圧力発生室12に対向する領域の振動板を押圧して、その剛性が高められることがない。
【0041】
一方、第2裏打ち材120は、ノズルプレート18の線膨張係数に近い線膨張係数を有する材質からなり、第1裏打ち材110の上面に固着され、第1裏打ち材110の溝部111を完全に密封する。
【0042】
この第2裏打ち材120の材質は、ノズルプレート18になるべく近い線膨張係数を有するものであればよいが、本実施形態では、ノズルプレート18と同一材質、例えば、ガラスセラミック等を用いた。また、第1裏打ち材110の材質にシリコンを用いた場合には、第2裏打ち材120に、シリコンの線膨張係数に近い線膨張係数を有する材質を用いるのが好ましい。なお、第2裏打ち材120の形状は、特に限定されないが、ノズルプレート18に近似した形状であることが好ましい。
【0043】
なお、第1裏打ち材110、第2裏打ち材120の接合の順序は、特に限定されないが、全体的にバランスがとれる順番で接合するのがよい。すなわち、流路形成基板10とノズルプレート18とを予め接合した場合には、第1裏打ち材110と第2裏打ち材120とを接合した後、全体を接合するようにするのが好ましい。
【0044】
ここで、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板10上に、圧電体膜70等を形成するプロセスを図3及び図4を参照しながら説明する。
【0045】
図3(a)に示すように、まず、流路形成基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約1100℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜50を形成する。
【0046】
次に、図3(b)に示すように、スパッタリングで下電極膜60を形成する。下電極膜60の材料としては、Pt等が好適である。これは、スパッタリングやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜70は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜1000℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜60の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜70としてPZTを用いた場合には、PbOの拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由からPtが好適である。
【0047】
次に、図3(c)に示すように、圧電体膜70を成膜する。この圧電体膜70の成膜にはスパッタリングを用いることもできるが、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散した、いわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体膜70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いている。圧電体膜70の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。
【0048】
次に、図3(d)に示すように、上電極膜80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料であればよく、Al、Au、Ni、Pt等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、Ptをスパッタリングにより成膜している。
【0049】
次に、図3(e)に示すように、各圧力発生室12それぞれに対して圧電振動子を配設するように、上電極膜80および圧電体膜70のパターニングを行う。図3(e)では圧電体膜70を上電極膜80と同一のパターンでパターニングを行った場合を示しているが、上述したように、圧電体膜70は必ずしもパターニングを行う必要はない。これは、上電極膜80のパターンを個別電極として電圧を印加した場合、電界はそれぞれの上電極膜80と、共通電極である下電極膜60との間にかかるのみで、その他の部位には何ら影響を与えないためである。しかしながら、この場合には、同一の排除体積を得るためには大きな電圧印加が必要となるため、圧電体膜70もパターニングするのが好ましい。また、この後、下電極膜60をパターニングして不要な部分、例えば、圧力発生室12の幅方向両側の縁部内側近傍を除去してもよい。なお、下電極膜60の除去は必ずしも行う必要はなく、また、除去する場合には、全てを除去せず、厚さを薄くするようにしてもよい。
【0050】
ここで、パターニングは、レジストパターンを形成した後、エッチング等を行うことにより実施する。
【0051】
レジストパターンは、ネガレジストをスピンコートなどにより塗布し、所定形状のマスクを用いて露光・現像・ベークを行うことにより形成する。なお、勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用いてもよい。
【0052】
また、エッチングは、ドライエッチング装置、例えば、イオンミリング装置を用いて行う。なお、エッチング後には、レジストパターンをアッシング装置等を用いて除去する。
【0053】
また、ドライエッチング法としては、イオンミリング法以外に、反応性エッチング法等を用いてもよい。また、ドライエッチングの代わりにウェットエッチングを用いることも可能であるが、ドライエッチング法と比較してパターニング精度が多少劣り、上電極膜80の材料も制限されるので、ドライエッチングを用いるのが好ましい。
【0054】
次いで、図4(a)に示すように、上電極膜80の周縁部および圧電体膜70の側面を覆うように絶縁体層90を形成する。この絶縁体層90の好適な材料は上述した通りであるが、本実施形態ではネガ型の感光性ポリイミドを用いている。
【0055】
次に、図4(b)に示すように、絶縁体層90をパターニングすることにより、各連通部14に対向する部分にコンタクトホール90aを形成する。このコンタクトホール90aは、後述するリード電極100と上電極膜80との接続をするためのものである。
【0056】
次に、例えば、Cr−Auなどの導電体を全面に成膜した後、パターニングすることにより、リード電極100を形成する。
【0057】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図4(c)に示すように、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、圧力発生室12等を形成する。
【0058】
なお、以上説明した一連の膜形成および異方性エッチングは、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、図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10毎に分割する。また、分割した流路形成基板10を、ノズルプレート18、第1裏打ち材110及び第2裏打ち材120と順次接着して一体化し、インクジェット式記録ヘッドとする。
【0059】
この際、本実施形態では、弾性膜50に第1裏打ち材110及び第2裏打ち材120が固着されることにより、接着時の反りを防止することができる。また、弾性膜50をはさんで、全体が略対称となり、流路形成基板10とノズルプレート18とのバランスを図ることができる。さらに、弾性板50のたわみ変形は、隔壁11と第1裏打ち材110の区画壁112に受け止められつつ、圧力発生室12に対向する領域に限定される。したがって、インク滴吐出時に、圧力発生室12に作用する応力が他の圧力発生室12を区画している流路形成基板10の隔壁11に伝搬するのが防止され、クロストークの発生が阻止される。
【0060】
このように構成したインクジェットヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口16からインクを取り込み、リザーバ14からノズル開口17に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、リード電極100を介して下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、弾性膜50と圧電体膜70とをたわみ変形させることにより、圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口17からインク滴が吐出する。
【0061】
(実施形態2)
図5は、実施形態2に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【0062】
本実施形態は、図5に示すように、第1裏打ち材110の代わりに、圧電振動子の駆動を阻害しない程度の空間である貫通部131を画成した枠部材130を用いた以外は実施形態1と同様である。
【0063】
これにより、枠部材130の貫通部131内に圧電振動子全体が保持されるため、流路形成基板10の反りが防止され、また、振動板の振動が抑制されることにより、クロストークの発生を抑えることができる。
【0064】
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【0065】
上述の実施形態のインクジェット式記録ヘッドを、さらに、図6に示すように、流路形成基板10等を保持する凹部を有する固定部材140に固定するようにしてもよい。これにより、さらに確実に、振動板の振動を抑制することができ、クロストーク等の発生を防止することができる。
【0066】
また、例えば、図7のインクジェット式記録ヘッドの要部断面に示すように、第1裏打ち材110の溝部111の深さを大きく形成すると共に、上電極膜80と接触しないように第2裏打ち材120の内面側に、水分の含有量が少ないシリコンオイル等を含浸した多孔質材150を装填したり、また乾燥した不活性ガスを封入したりしてもよい。これにより、環境中の空気の侵入を阻止して、圧電体膜70を湿気から隔離できて吸湿による劣化や、絶縁耐力の低下を防止することができる。
【0067】
さらに、上述した実施形態では、流路形成基板10に圧力発生室12と共にリザーバ14を形成しているが、共通インク室を形成する部材を流路形成基板10に重ねて設けてもよい。
【0068】
このように構成したインクジェット式記録ヘッドの部分断面を図8に示す。この実施形態では、ノズル開口17Aが穿設されたノズル基板18Aと流路形成基板10Aとの間に、封止板160、共通インク室形成板170、薄肉板180及びインク室側板170が挟持され、これらを貫通するように、圧力発生室12Aとノズル開口17Aとを連通するノズル連通口31が配されている。すなわち、封止板160、共通インク室形成板190および薄肉板180とで共通インク室32が画成され、各圧力発生室12Aと共通インク室32とは、封止板160に穿設されたインク連通孔33を介して連通されている。
【0069】
また、封止板160には供給インク室32に外部からインクを導入するためのインク導入孔34も穿設されている。
【0070】
また、薄肉板180とノズル基板18Aとの間に位置するインク室側板190には各供給インク室32に対向する位置に貫通部35が形成されており、インク滴吐出の際に発生するノズル開口17Aと反対側へ向かう圧力を、薄肉壁180が吸収するのを許容するようになっており、これにより、他の圧力発生室に、共通インク室32を経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止することができる。なお、薄肉板180とインク室側板190とは一体に形成されてもよい。
【0071】
このような実施形態においても、流路形成基板10Aの開口面とは反対側の、流路形成基板10の隔壁11に対向する領域に、上述したような第1裏打ち材110及び第2裏打ち材120を固着することにより、振動膜50の振動を抑制し、クロストークを良好に防止することができるが、さらに、共通インク室形成板170、薄肉板180、インク室側板190に対応するような裏打ち材をさらに設けるようにしてもよい。これにより、接合した際の全体のバランスをとり、反りの発生を防止する。
【0072】
また、以上説明した各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【0073】
さらに、上述した各実施形態では、上電極膜とリード電極との接続部は、何れの場所に設けてもよく、圧力発生室の何れの端部でも又は中央部であってもよい。
【0074】
また、圧電振動子とリード電極との間に絶縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続したり、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング技術を用いて接続したりする構成としてもよい。
【0075】
このように、本発明は、その趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、流路形成基板の圧力発生室形成面とは反対側に、複数の素材からなる裏打ち材を固着するようにしたので、接合時の反りを防止することができ、また、振動板の振動を抑制し、クロストークを防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図3】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図である。
【図4】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図である。
【図5】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図6】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図7】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの部分断面図である。
【図8】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの部分断面図である。
【符号の説明】
10 流路形成基板
12 圧力発生室
14 リザーバ
15 インク供給口
16 インク導入口
17 ノズル開口
18 ノズルプレート
50 弾性膜
60 下電極膜
70 圧電体膜
80 上電極膜
90 絶縁体層
90a コンタクトホール
100 リード電極
110 第1裏打ち材
120 第2裏打ち材
130 枠部材
140 固定部材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, a part of the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening for ejecting ink droplets is constituted by a vibration plate, and a piezoelectric layer is formed on the surface of the vibration plate. The present invention relates to an ink jet recording head to be ejected.
[0002]
[Prior art]
A part of the pressure generation chamber that communicates with the nozzle opening that ejects ink droplets is composed of a diaphragm, and the diaphragm is deformed by a piezoelectric vibrator to pressurize the ink in the pressure generation chamber and eject ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use, one using a piezoelectric vibrator in a longitudinal vibration mode in which a piezoelectric vibrator extends and contracts in the axial direction and one using a piezoelectric vibrator in a flexural vibration mode. Yes.
[0003]
The former can change the volume of the pressure generation chamber by bringing the end face of the piezoelectric vibrator into contact with the vibration plate, making it possible to manufacture a head suitable for high-density printing. There is a problem that the manufacturing process is complicated because it requires a difficult process of cutting into a comb-tooth shape in accordance with the arrangement pitch of the above and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric vibrator in the pressure generating chamber.
[0004]
On the other hand, in the latter case, a piezoelectric vibrator can be formed on the diaphragm by a relatively simple process of attaching a green sheet of piezoelectric material in accordance with the shape of the pressure generating chamber and firing it. In order to use vibration, a certain area is required, and there is a problem that high-density arrangement is difficult.
[0005]
On the other hand, in order to eliminate the inconvenience of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm as seen in Japanese Patent Laid-Open No. 5-286131. A material in which a piezoelectric layer is formed by cutting a material layer into a shape corresponding to a pressure generation chamber by a lithography method so as to be independent for each pressure generation chamber has been proposed.
[0006]
This eliminates the need to affix the piezoelectric vibrator to the diaphragm, so that not only can the piezoelectric vibrator be created by a precise and simple technique called lithography, but also the thickness of the piezoelectric vibrator can be reduced. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed.
[0007]
In this case, for example, a silicon single crystal substrate is used as the substrate, and a flow path such as a pressure generation chamber or a reservoir is formed by anisotropic etching, and the opening area of the pressure generation chamber is made as small as possible to achieve a recording density. It is possible to improve.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to increase the recording density, the thickness of the partition wall defining the pressure generating chamber has to be reduced, thereby reducing the rigidity of the partition wall defining the pressure generating chamber, thereby causing crosstalk and ink droplet ejection. There are problems such as defects.
[0009]
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide an ink jet recording head capable of preventing crosstalk and ink droplet ejection failure with improved recording density.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention that solves the above-described problems includes a row of pressure generation chambers that communicate with a nozzle opening on one side and is partitioned by a plurality of partition walls, and a portion of the pressure generation chamber is configured on the other side. A flow path forming substrate having a piezoelectric vibrator comprising a vibrating plate and a piezoelectric active portion formed in a region facing the pressure generating chamber, and the pressure bonded to the one surface side of the flow path forming substrate In an ink jet recording head comprising a sealing plate for sealing a generation chamber, a first backing made of the same material as the flow path forming substrate is provided on the opposite side of the flow path forming substrate from the sealing plate. In the ink jet recording head, a material and a second backing material made of the same material as the sealing plate are formed.
[0011]
In the first aspect, warping during joining can be prevented with a plurality of backing materials, and further, crosstalk can be prevented, and the entire balance when joined can be prevented, preventing warping. Is done.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first backing material is directly bonded to the flow path forming substrate, and the second backing material forms the flow path of the first backing material. The inkjet recording head is bonded to the side opposite to the substrate.
[0013]
In the second aspect, the first backing material and the second backing material can balance the flow path forming substrate and the sealing plate, thereby preventing warpage and crosstalk.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the first backing material includes a recess formed of a space that does not hinder driving of each piezoelectric vibrator, and the partition wall of the flow path forming substrate. An ink jet recording head having a partition wall joined to opposing regions to partition the concave portion.
[0015]
In the third aspect, the flow path forming substrate can be tightly held by the partition wall of the first backing material, and warpage and crosstalk are further prevented.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the width of the partition wall of the first backing material is smaller than the width of the partition wall of the flow path forming substrate. It is in.
[0017]
In the fourth aspect, the partition wall does not increase the rigidity of the diaphragm that seals the pressure generation chamber.
[0024]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the sealing plate is a nozzle plate having a nozzle opening that communicates with each of the pressure generating chambers. In the recording head.
[0025]
In the fifth aspect, ink is ejected from the nozzle opening of the sealing plate.
[0026]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed and lithographically processed. In the ink jet recording head, the ink jet recording head is formed.
[0027]
In the sixth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0029]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an assembled perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a sectional structure in the longitudinal direction and width direction of one pressure generating chamber.
[0030]
As shown in the drawing, the flow path forming substrate 10 is composed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, one having a thickness of about 150 to 300 μm is usually used, preferably about 180 to 280 μm, more preferably about 220 μm. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition between adjacent pressure generating chambers.
[0031]
One surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and an elastic film 50 having a thickness of 1 to 2 μm made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation is formed on the other surface.
[0032]
On the other hand, two rows 13 of pressure generating chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 and two rows of pressure are formed on the opening surface of the flow path forming substrate 10 by anisotropic etching of the silicon single crystal substrate. A reservoir 14 arranged in a substantially U-shape so as to surround three sides of the row 13 of the generation chamber 12 and an ink supply port 15 that connects the pressure generation chamber 12 and the reservoir 14 with a certain fluid resistance are formed. Yes. Note that an ink introduction hole 16 for supplying ink from the outside to the reservoir 14 is formed in a substantially central portion of the reservoir 14.
[0033]
Here, in the anisotropic etching, when the silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is gradually eroded and the first (111) ) Surface and an angle of about 70 degrees and the above (110) and a second (111) surface of about 35 degrees appear, and the (111) surface compared to the etching rate of the (110) surface. The etching rate is about 1/180. By this anisotropic etching, precision processing can be performed based on the parallelogram depth processing formed by two first (111) surfaces and two oblique second (111) surfaces. The pressure generating chambers 12 can be arranged with high density.
[0034]
In the present embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generation chamber 12 is formed by etching until it substantially passes through the flow path forming substrate 10 and reaches the elastic film 50. Here, the amount of the elastic film 50 that is affected by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small. Each ink supply port 15 communicating with one end of each pressure generation chamber 12 is formed shallower than the pressure generation chamber 12. That is, the ink supply port 15 is formed by etching (half etching) the silicon single crystal substrate halfway in the thickness direction. Half etching is performed by adjusting the etching time.
[0035]
Further, a nozzle plate 18 having a nozzle opening 17 communicating with the side opposite to the ink supply port 15 of each pressure generating chamber 12 is provided on the opening surface side of the flow path forming substrate 10 with an adhesive, a heat-welded film, or the like. It is fixed through. The nozzle plate 18 has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less, for example, 2.5 to 4.5 [× 10 −6 / ° C.], or Made of non-rust steel. The nozzle plate 18 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 on one side, and also serves as a reinforcing plate that protects the silicon single crystal substrate from impact and external force.
[0036]
Here, the size of the pressure generation chamber 12 that applies ink droplet discharge pressure to the ink and the size of the nozzle opening 17 that discharges the ink droplet are optimized in accordance with the amount of ink droplet to be discharged, the discharge speed, and the discharge frequency. The For example, when 360 ink droplets are recorded per inch, it is necessary to accurately form the nozzle openings 17 with a groove width of several tens of μm.
[0037]
On the other hand, on the elastic film 50 opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.5 μm and a piezoelectric film having a thickness of, for example, about 1 μm. 70 and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are laminated by a process described later to constitute a piezoelectric vibrator (piezoelectric element). As described above, in the region facing the pressure generation chambers 12 of the elastic film 50, the piezoelectric vibrator is provided independently for each pressure generation chamber 12, but in this embodiment, the lower electrode film 60 is Although the common electrode of the piezoelectric vibrator is used and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric vibrator, there is no problem even if it is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In any case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber 12.
[0038]
Further, a first backing material 110 is fixed on the elastic film 50 on the piezoelectric active part side, and a second backing material 120 is fixed on the upper surface thereof.
[0039]
The first backing material 110 is made of a material having a linear expansion coefficient that is close to the linear expansion coefficient of the flow path forming substrate 10, and does not hinder the driving of the piezoelectric vibrator in a region facing each pressure generation chamber 12. A groove portion 111 having a space is provided, and the groove portion 111 is formed so as to penetrate the first backing material 110 and is partitioned by partition walls 112. The partition wall 112 is formed in a region facing the partition wall 11 of the flow path forming substrate 10. In this embodiment, the partition wall 112 is formed to be narrower than the partition wall 11. The first backing material 110 is fixed to an end portion of the flow path forming substrate 10 and a region facing the partition wall 11 with an adhesive or the like. At this time, it is preferable that the first backing material 110 is removed up to the lower electrode film 60 and directly adhered onto the elastic film 50 as in the present embodiment. The piezoelectric layer 70 may be removed and adhered to the lower electrode film 60. In any case, the flow path forming substrate 10 and the first backing plate 110 are joined well.
[0040]
The material of the first backing material 110 is preferably a material having a linear expansion coefficient as close as possible to the flow path forming substrate 10. In the present embodiment, a single silicon material that is the same material as the flow path forming substrate 10 is used. A crystal substrate was used. Further, the size of the groove portion 111 defined in the first backing material 110 is not particularly limited as long as it has a size that does not hinder the driving of the piezoelectric vibrator, but in the present embodiment, the partition wall Since the width of 112 is narrower than that of the partition wall 11, the partition wall 112 does not press the diaphragm in the region facing the pressure generating chamber 12 and the rigidity thereof is not increased.
[0041]
On the other hand, the second backing material 120 is made of a material having a linear expansion coefficient close to the linear expansion coefficient of the nozzle plate 18, and is fixed to the upper surface of the first backing material 110 to completely seal the groove portion 111 of the first backing material 110. To do.
[0042]
The material of the second backing material 120 may be any material as long as it has a linear expansion coefficient as close as possible to the nozzle plate 18, but in the present embodiment, the same material as the nozzle plate 18, such as glass ceramic, is used. When silicon is used as the material of the first backing material 110, it is preferable to use a material having a linear expansion coefficient close to that of silicon for the second backing material 120. The shape of the second backing material 120 is not particularly limited, but is preferably a shape that approximates the nozzle plate 18.
[0043]
In addition, the order of joining the first backing material 110 and the second backing material 120 is not particularly limited, but it is preferable that the joining is performed in an order in which the overall balance is achieved. That is, when the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 18 are bonded in advance, it is preferable that the first backing material 110 and the second backing material 120 are bonded and then bonded together.
[0044]
Here, a process of forming the piezoelectric film 70 and the like on the flow path forming substrate 10 made of a silicon single crystal substrate will be described with reference to FIGS.
[0045]
As shown in FIG. 3A, first, an elastic film 50 made of silicon dioxide is formed by thermally oxidizing a silicon single crystal substrate wafer to be the flow path forming substrate 10 in a diffusion furnace at about 1100 ° C.
[0046]
Next, as shown in FIG. 3B, the lower electrode film 60 is formed by sputtering. As a material of the lower electrode film 60, Pt or the like is suitable. This is because a piezoelectric film 70 described later formed by sputtering or a sol-gel method needs to be crystallized by firing at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. It is. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity at such a high temperature and in an oxidizing atmosphere. In particular, when PZT is used as the piezoelectric film 70, the conductivity due to the diffusion of PbO. It is desirable that there is little change in properties, and Pt is preferred for these reasons.
[0047]
Next, as shown in FIG. 3C, a piezoelectric film 70 is formed. Sputtering can also be used to form the piezoelectric film 70. In this embodiment, a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and further baked at a high temperature. A so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric film 70 made of a metal oxide is used. As a material of the piezoelectric film 70, a lead zirconate titanate (PZT) -based material is suitable when used for an ink jet recording head.
[0048]
Next, as shown in FIG. 3D, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 may be made of a highly conductive material, and many metals such as Al, Au, Ni, and Pt, conductive oxides, and the like can be used. In this embodiment, Pt is formed by sputtering.
[0049]
Next, as shown in FIG. 3E, the upper electrode film 80 and the piezoelectric film 70 are patterned so that a piezoelectric vibrator is provided for each pressure generating chamber 12. FIG. 3E shows a case where the piezoelectric film 70 is patterned with the same pattern as the upper electrode film 80. However, as described above, the piezoelectric film 70 does not necessarily need to be patterned. This is because, when a voltage is applied using the pattern of the upper electrode film 80 as an individual electrode, the electric field is applied only between the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60, which is a common electrode. This is because it has no effect. However, in this case, in order to obtain the same excluded volume, it is necessary to apply a large voltage, so it is preferable to pattern the piezoelectric film 70 as well. Thereafter, the lower electrode film 60 may be patterned to remove an unnecessary portion, for example, the vicinity of the inside of the edge on both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12. Note that the lower electrode film 60 does not necessarily need to be removed, and when removed, the thickness may be reduced without removing everything.
[0050]
Here, the patterning is performed by forming a resist pattern and then performing etching or the like.
[0051]
The resist pattern is formed by applying a negative resist by spin coating or the like and performing exposure, development and baking using a mask having a predetermined shape. Of course, a positive resist may be used instead of the negative resist.
[0052]
Etching is performed using a dry etching apparatus, for example, an ion milling apparatus. Note that after the etching, the resist pattern is removed by using an ashing device or the like.
[0053]
In addition to the ion milling method, a reactive etching method or the like may be used as the dry etching method. It is also possible to use wet etching instead of dry etching, but it is preferable to use dry etching because the patterning accuracy is somewhat inferior compared to the dry etching method and the material of the upper electrode film 80 is limited. .
[0054]
Next, as shown in FIG. 4A, the insulator layer 90 is formed so as to cover the peripheral edge of the upper electrode film 80 and the side surface of the piezoelectric film 70. A suitable material for the insulator layer 90 is as described above, but in this embodiment, a negative photosensitive polyimide is used.
[0055]
Next, as shown in FIG. 4B, by patterning the insulator layer 90, contact holes 90a are formed in portions facing the communication portions 14. The contact hole 90a is for connecting a lead electrode 100 and an upper electrode film 80 described later.
[0056]
Next, for example, a lead electrode 100 is formed by forming a conductor such as Cr—Au on the entire surface and then patterning it.
[0057]
The above is the film forming process. After forming the film in this way, as shown in FIG. 4C, the silicon single crystal substrate is anisotropically etched with the alkali solution described above to form the pressure generating chamber 12 and the like.
[0058]
In the series of film formation and anisotropic etching described above, a large number of chips are simultaneously formed on a single wafer, and after the completion of the process, a flow path forming substrate 10 having a single chip size as shown in FIG. Divide every time. Further, the divided flow path forming substrate 10 is sequentially bonded and integrated with the nozzle plate 18, the first backing material 110, and the second backing material 120 to form an ink jet recording head.
[0059]
At this time, in the present embodiment, the first backing material 110 and the second backing material 120 are fixed to the elastic film 50, thereby preventing warpage during bonding. In addition, the elastic film 50 is sandwiched between the whole and the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 18 can be balanced. Further, the deformation of the elastic plate 50 is limited to a region facing the pressure generation chamber 12 while being received by the partition wall 11 and the partition wall 112 of the first backing material 110. Therefore, when ink droplets are ejected, the stress acting on the pressure generating chamber 12 is prevented from propagating to the partition walls 11 of the flow path forming substrate 10 partitioning the other pressure generating chambers 12, and the occurrence of crosstalk is prevented. The
[0060]
The ink jet head configured in this manner takes in ink from an ink introduction port 16 connected to an external ink supply means (not shown), fills the interior from the reservoir 14 to the nozzle opening 17 with ink, and then external drive circuit (not shown) In accordance with the recording signal from, a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 via the lead electrode 100 to cause the elastic film 50 and the piezoelectric film 70 to bend and deform, whereby the pressure generating chamber 12 The internal pressure increases and ink droplets are ejected from the nozzle openings 17.
[0061]
(Embodiment 2)
FIG. 5 is an exploded perspective view of the ink jet recording head according to the second embodiment.
[0062]
As shown in FIG. 5, this embodiment is implemented except that a frame member 130 that defines a through portion 131 that is a space that does not hinder the driving of the piezoelectric vibrator is used instead of the first backing material 110. This is the same as the first embodiment.
[0063]
As a result, since the entire piezoelectric vibrator is held in the through portion 131 of the frame member 130, the warpage of the flow path forming substrate 10 is prevented, and the vibration of the diaphragm is suppressed, thereby generating crosstalk. Can be suppressed.
[0064]
(Other embodiments)
While the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to that described above.
[0065]
The ink jet recording head of the above-described embodiment may be further fixed to a fixing member 140 having a recess for holding the flow path forming substrate 10 and the like, as shown in FIG. As a result, the vibration of the diaphragm can be more reliably suppressed, and the occurrence of crosstalk or the like can be prevented.
[0066]
Further, for example, as shown in the cross section of the main part of the ink jet recording head of FIG. 7, the second backing material is formed so that the depth of the groove 111 of the first backing material 110 is large and does not come into contact with the upper electrode film 80. The inner surface of 120 may be filled with a porous material 150 impregnated with silicon oil or the like having a low water content, or may be filled with a dry inert gas. Thereby, intrusion of air in the environment can be prevented, and the piezoelectric film 70 can be isolated from moisture, so that deterioration due to moisture absorption and a decrease in dielectric strength can be prevented.
[0067]
Furthermore, in the above-described embodiment, the reservoir 14 is formed together with the pressure generating chamber 12 on the flow path forming substrate 10, but a member that forms a common ink chamber may be provided on the flow path forming substrate 10.
[0068]
FIG. 8 shows a partial cross section of the ink jet recording head configured as described above. In this embodiment, the sealing plate 160, the common ink chamber forming plate 170, the thin plate 180, and the ink chamber side plate 170 are sandwiched between the nozzle substrate 18A in which the nozzle openings 17A are formed and the flow path forming substrate 10A. A nozzle communication port 31 that communicates the pressure generation chamber 12A and the nozzle opening 17A is disposed so as to penetrate these. That is, the sealing plate 160, the common ink chamber forming plate 190, and the thin plate 180 define the common ink chamber 32, and each pressure generating chamber 12A and the common ink chamber 32 are formed in the sealing plate 160. The ink communication holes 33 communicate with each other.
[0069]
The sealing plate 160 is also provided with an ink introduction hole 34 for introducing ink from the outside into the supply ink chamber 32.
[0070]
Further, the ink chamber side plate 190 located between the thin plate 180 and the nozzle substrate 18A is formed with a through portion 35 at a position facing each supply ink chamber 32, and a nozzle opening generated when ink droplets are ejected. The thin wall 180 is allowed to absorb the pressure toward the side opposite to 17A, so that unnecessary positive or negative pressure is passed to the other pressure generation chamber via the common ink chamber 32. Can be prevented from being added. The thin plate 180 and the ink chamber side plate 190 may be integrally formed.
[0071]
Also in such an embodiment, the first backing material 110 and the second backing material as described above are provided in a region facing the partition wall 11 of the flow path forming substrate 10 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10A. By fixing 120, the vibration of the vibration film 50 can be suppressed and crosstalk can be prevented well. Further, it corresponds to the common ink chamber forming plate 170, the thin plate 180, and the ink chamber side plate 190. A backing material may be further provided. Thereby, the whole balance at the time of joining is taken, and generation | occurrence | production of curvature is prevented.
[0072]
In each of the embodiments described above, a thin film type ink jet recording head that can be manufactured by applying a film forming and lithography process is taken as an example. However, the present invention is not limited to this example. Ink jet recording heads of various structures, such as those that form pressure generation chambers, those that form a piezoelectric film by attaching a green sheet or screen printing, or those that form a piezoelectric film by crystal growth The present invention can be employed.
[0073]
Further, in each of the above-described embodiments, the connection portion between the upper electrode film and the lead electrode may be provided at any location, and may be any end portion or the central portion of the pressure generation chamber.
[0074]
Further, the example in which the insulator layer is provided between the piezoelectric vibrator and the lead electrode has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, without providing the insulator layer, an anisotropic conductive film is provided on each upper electrode. It is good also as a structure which heat-welds and connects this anisotropic conductive film with a lead electrode, and connects using various bonding techniques, such as wire bonding.
[0075]
As described above, the present invention can be applied to ink jet recording heads having various structures as long as the gist of the present invention is not contradicted.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, since the backing material made of a plurality of materials is fixed to the side opposite to the pressure generation chamber forming surface of the flow path forming substrate, it is possible to prevent warping during bonding. In addition, there is an effect that vibration of the diaphragm can be suppressed and crosstalk can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet recording head according to Embodiment 1 of the invention.
FIG. 3 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a second embodiment of the invention.
FIG. 6 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate 12 Pressure generation chamber 14 Reservoir 15 Ink supply port 16 Ink introduction port 17 Nozzle opening 18 Nozzle plate 50 Elastic film 60 Lower electrode film 70 Piezoelectric film 80 Upper electrode film 90 Insulator layer 90a Contact hole 100 Lead electrode 110 First backing material 120 Second backing material 130 Frame member 140 Fixing member

Claims (6)

一方面にノズル開口に連通すると共に複数の隔壁で区画された圧力発生室の列を備え、他方面に前記圧力発生室の一部を構成する振動板および前記圧力発生室に対向する領域に形成された圧電体能動部からなる圧電振動子を備えた流路形成基板と、この流路形成基板の前記一方面側に接合されて前記圧力発生室を封止する封止プレートとを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記流路形成基板の前記封止プレートとは反対側に、前記流路形成基板と同一の材質からなる第1の裏打ち材と、前記封止プレートと同一の材質からなる第2の裏打ち材と、が形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
Provided on one side with a row of pressure generating chambers communicating with the nozzle openings and partitioned by a plurality of partition walls, on the other side formed in a region facing the pressure generating chamber and a diaphragm constituting a part of the pressure generating chamber An ink jet comprising: a flow path forming substrate provided with a piezoelectric vibrator formed of a piezoelectric active portion, and a sealing plate that is bonded to the one surface side of the flow path forming substrate and seals the pressure generating chamber In the recording head,
On the opposite side of the flow path forming substrate from the sealing plate, a first backing material made of the same material as the flow path forming substrate, and a second backing material made of the same material as the sealing plate, And an ink jet recording head.
請求項1において、前記第1の裏打ち材は前記流路形成基板に直接接合され、前記第2の裏打ち材が前記第1の裏打ち材の前記流路形成基板とは反対側に接合されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。  2. The first backing material according to claim 1, wherein the first backing material is directly bonded to the flow path forming substrate, and the second backing material is bonded to the opposite side of the first backing material from the flow path forming substrate. An ink jet recording head. 請求項2において、前記第1の裏打ち材が、前記各圧電振動子の駆動を阻害しない程度の空間からなる凹部と、前記流路形成基板の前記隔壁に対向する領域に接合されて前記凹部を区画する区画壁とを有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。  3. The first backing material according to claim 2, wherein the first backing material is joined to a recess formed of a space that does not hinder driving of each piezoelectric vibrator, and a region facing the partition of the flow path forming substrate. An ink jet recording head having a partition wall for partitioning. 請求項3において、前記第1の裏打ち材の前記区画壁の幅が、前記流路形成基板の前記隔壁の幅より小さいことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。  4. The ink jet recording head according to claim 3, wherein a width of the partition wall of the first backing material is smaller than a width of the partition wall of the flow path forming substrate. 請求項1〜4の何れかにおいて、前記封止プレートが、前記各圧力発生室にそれぞれ連通するノズル開口を有するノズルプレートであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。  5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the sealing plate is a nozzle plate having a nozzle opening communicating with each of the pressure generation chambers. 請求項1〜5の何れかにおいて、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電振動子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。  6. The method according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head.
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