JP3994255B2

JP3994255B2 - Inkjet recording head and inkjet recording apparatus

Info

Publication number: JP3994255B2
Application number: JP2001315629A
Authority: JP
Inventors: 士郎矢崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003118110A

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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電素子を高密度に配列したインクジェット式記録ヘッドでは、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変位量が不安定となり、インク吐出特性が低下するという問題がある。
【０００８】
また、外部配線が接続される接続部から遠い位置に設けられた圧電素子ほど印加される電圧が低くなり易い。このため、一列に並設された圧電素子であっても接続部からの距離によってインク吐出特性にばらつきが生じてしまうという問題がある。
【０００９】
また、このように薄膜で形成された圧電素子の電極は、その膜厚が薄いため抵抗値が比較的高く、このような問題が特に生じやすい。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、インク吐出特性を良好に保持できると共に、均一化を図ることのできるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、複数の圧電素子に共通する共通電極上に、前記圧電素子を駆動するための駆動回路に繋がる外部配線が接続される複数の接続部を有し、且つこれら複数の接続部が、前記共通電極上に形成され、当該共通電極よりも固有抵抗の小さい金属からなる配線電極によって接続され、前記配線電極が、前記圧電素子の個別電極が引き出される側とは反対側の前記圧力発生室の長手方向一端部の外側に、当該圧力発生室の並設方向に沿って且つ前記圧力発生室の長手方向一端部を跨ぐように延設され、前記配線電極の前記圧力発生室に対向する領域に当該圧力発生室の長手方向端部側に当該配線電極が除去された凹部を有し、該凹部の端面が略円形形状となっていると共に前記圧電素子の前記配線電極側の端面が前記凹部の端面と同心円である略円形形状に形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１２】
かかる第１の態様では、配線電極によって共通電極の抵抗値が実質的に低下するため、多数の圧電素子を同時に駆動しても電圧降下が生じることがなく、インク吐出特性が安定する。また、ヘッドを大型化することなく、共通電極上に配線電極を比較的容易に形成できる。また、圧電素子を駆動による応力が、圧力発生室の長手方向端部に集中するのを防止できる。さらに、圧電素子を駆動によって圧力発生室の長手方向端部にかかる応力が効果的に分散される。
【００１３】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記圧電素子を構成する少なくとも前記共通電極が、薄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。
【００１４】
かかる第２の態様では、共通電極の抵抗値が比較的高いが、配線電極によって共通電極の抵抗値が効果的に低下する。
【００２３】
本発明の第３の態様は、前記凹部の前記配線電極の端面での幅が、前記圧力発生室の幅よりも広い幅で形成され、且つ前記凹部の端面が、前記圧力発生室の幅方向端面に交差するように設けられていることを特徴とする第１又は２の態様のインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２４】
かかる第３の態様では、圧電素子を駆動によって圧力発生室の長手方向端部にかかる応力が効果的に分散される。
【００３１】
本発明の第４の態様は、前記配線電極の厚さが、１μｍ以上であることを特徴とする第１〜３の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３２】
かかる第４の態様では、共通電極の抵抗を確実に低下し、電圧降下の発生がより確実に防止される。
【００３３】
本発明の第５の態様は、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とする第１〜４の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３４】
かかる第５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。
【００３５】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００３６】
かかる第６の態様では、インク吐出特性を安定させ、信頼性を向上したインクジェット式記録装置を実現することができる。
【００３７】
【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。
【００３８】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の断面図である。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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が幅方向に並設され、その長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１と貫通孔５１を介して連通され各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０の一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
【００４２】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板を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）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００４３】
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路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００４４】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍ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２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。
【００４５】
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００４６】
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０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。
【００４７】
ここで、図３に示すように、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路１４とは反対側の端部近傍から流路形成基板１０の端部近傍まで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続され、このリード電極９０の端部近傍は、圧電素子３００を駆動するための駆動回路に繋がる外部配線（図示なし）が接続される接続部１００となっている。
【００４８】
また、圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０は、圧力発生室１２の並設方向に亘って連続的に延設され、且つ圧電素子３００の一端部近傍でパターニングされている。すなわち、下電極膜６０は、リード電極９０が延設される領域を除く他の領域に連続的に設けられている。また、下電極膜６０の圧力発生室１２の並設方向端部近傍には、外部配線が接続される接続部１００Ａがそれぞれ設けられている。
【００４９】
本実施形態では、下電極膜６０上には導電材料からなる配線電極６５が、圧力発生室１２のリード電極９０が引き出される側とは反対側の周壁上を介して圧力発生室１２の列の外側まで延設され、配線電極６５の両端部がそれぞれ接続部１００Ａとなっている。すなわち、下電極膜６０の各接続部１００Ａは、配線電極６５によって電気的に接続されている。
【００５０】
また、この配線電極６５の材質は、特に限定されないが、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の比較的固有抵抗の小さい金属を用いることが好ましく、少なくとも下電極膜６０よりも固有抵抗の小さい金属を用いることが望ましい。
【００５１】
このような構成では、配線電極６５によって、下電極膜６０の抵抗値を実質的に低下させることができ、多数の圧電素子を同時に駆動しても電圧降下が生じることがない。したがって、常に所定の大きさのインク滴を吐出させることができ、印刷品質を常に良好に保持することができる。
【００５２】
また、このような配線電極６５は、図４に示すように、圧力発生室１２の長手方向端部を跨ぐように延設されていることが好ましい。これにより、圧電素子３００を駆動した際に、圧力発生室１２の長手方向端部近傍に応力が集中するのを防止することができる。したがって、圧電素子３００の繰り返し駆動によって、振動板に割れ等が発生することがなく、耐久性及び信頼性を向上することができる。
【００５３】
さらに、図５（ａ）に示すように、配線電極６５の圧力発生室１２に対向する領域には、配線電極６５の一部を除去した凹部６６を設けることが好ましい。また、この凹部６６は、配線電極６５の端面での幅が圧力発生室１２よりも広く形成されていることが好ましく、且つ凹部６６の端面が圧力発生室１２の幅方向端面に交差するように設けられていることが好ましい。
【００５４】
このような凹部６６の形状は、特に限定されないが、端面を略円形形状とすることが好ましい。この結果、凹部６６の端面と圧力発生室１２の幅方向端面とが交差し、平面視したときの凹部６６の端面と圧力発生室１２の幅方向端面とが、凹部６５の内側においてなす角θが、９０°以上となる。また、凹部６６の端面を略円形形状とした場合には、図５（ｂ）に示すように、圧電素子３００の配線電極６５側の端面３００ａを、凹部６６の端面と略同心円である円形形状とすることが好ましい。
【００５５】
配線電極６５及び圧電素子３００をこのような形状とすることにより、圧電素子３００の駆動によって圧力発生室１２の端部近傍にかかる応力が、一部に集中することなく分散される。したがって、振動板の破壊をより確実に防止することができる。
【００５６】
なお、流路形成基板１０の圧電素子３００側には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、弾性膜５０を貫通して設けられた貫通孔５１を介して流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０を構成している。
【００５７】
このリザーバ形成基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００５８】
また、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２が設けられ、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３２内に密封されている。
【００５９】
また、リザーバ形成基板３０には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１１０に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１１０の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部３３となっている。
【００６０】
なお、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１１０からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００６１】
以下、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法の一例について、図６及び図７を参照して説明する。なお、図６及び図７は、圧力発生室１２の長手方向の一部を示す断面図である。
【００６２】
まず、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約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。
【００６３】
次に、図６（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【００６４】
次に、図６（ｃ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向していることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【００６５】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００６６】
何れにしても、このように成膜された圧電体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
【００６７】
次に、図６（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、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。
【００６８】
次に、図７（ａ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。
【００６９】
次いで、図７（ｂ）に示すように、リード電極９０を形成する。例えば、本実施形態では、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０となる膜を流路形成基板１０の全面に亘って形成し、その後、この膜を圧電素子３００毎にパターニングすることによって各リード電極９０とした。
【００７０】
次に、図７（ｃ）に示すように、下電極膜６０上に配線電極６５を形成する。すなわち、流路形成基板１０の全面に配線電極６５を成膜後、エッチングすることによって所定パターンとする。この配線電極６５は、上述したように下電極膜６０よりも固有抵抗の小さい金属で形成することが好ましく、例えば、金、銅、アルミニウム等が挙げられる。本実施形態では、金をスパッタリングによって形成した。
【００７１】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、図７（ｄ）に示すように、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成し、その後、下電極膜６０及び弾性膜５０を貫通させて貫通孔５１を形成する。
【００７２】
なお、実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。そして、分割した流路形成基板１０に、リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０を順次接着して一体化することによってインクジェット式記録ヘッドとする。
【００７３】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の構成は上述したものに限定されるものではない。
【００７４】
例えば、上述の実施形態では、共通電極である下電極膜６０の接続部１００Ａを２カ所に設けているが、接続部の数は特に限定されず、勿論、３カ所以上に設けるようにしてもよい。
【００７５】
また、例えば、上述の実施形態では、リード電極９０の端部近傍が、圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０の接続部１００となっているが、下電極膜６０の接続部１００Ａと同様に、リード電極９０の接続部１００となる領域に、例えば、配線電極６５と同一の層からなる接続層を設けるようにしてもよい。
【００７６】
また、例えば、上述の実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
【００７７】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図８は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００７８】
図８に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００７９】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上に搬送されるようになっている。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、共通電極上に設けた配線電極によって共通電極の抵抗値を実質的に低下させることができる。したがって、多数の圧電素子を同時に駆動しても電圧降下が発生することがなく、常に安定したインク吐出特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【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に係るインクジェット式記録ヘッドの配線パターンを示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの配線パターンの変形例を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの配線パターンの変形例を示す要部平面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０流路形成基板
１２圧力発生室
２０ノズルプレート
２１ノズル開口
３０リザーバ形成基板
４０コンプライアンス基板
６０下電極膜
６５配線電極
７０圧電体層
８０上電極膜
９０リード電極
１００，１００Ａ接続部
１１０リザーバ
３００圧電素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
According to the present invention, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is constituted by a diaphragm, and a piezoelectric element is formed on the surface of the diaphragm, and ink droplets are ejected by displacement of the piezoelectric element. The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator.
[0003]
The former can change the volume of the pressure generation chamber by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the vibration plate, and it is possible to manufacture a head suitable for high-density printing, while the piezoelectric element is arranged in an array of nozzle openings. There is a problem that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the pitch into a comb-like shape and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are necessary.
[0004]
On the other hand, the latter can flexibly vibrate, although a piezoelectric element can be built on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of piezoelectric material according to the shape of the pressure generation chamber and firing it. There is a problem that a certain amount of area is required for the use of, and high-density arrangement is difficult.
[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 so that a material layer is cut into a shape corresponding to a pressure generation chamber by a lithography method and is independent for each pressure generation chamber has been proposed.
[0006]
This eliminates the need to affix the piezoelectric element to the diaphragm, so that not only can the piezoelectric element be densely formed by a precise and simple technique called lithography, but also the thickness of the piezoelectric element can be reduced. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in an ink jet recording head in which piezoelectric elements are arranged at high density, when a large number of piezoelectric elements are driven simultaneously to discharge a large number of ink droplets at once, a voltage drop occurs and the amount of displacement of the piezoelectric elements is unstable. As a result, there is a problem in that the ink ejection characteristics deteriorate.
[0008]
Moreover, the applied voltage tends to be lower as the piezoelectric element is located farther from the connection portion to which the external wiring is connected. For this reason, even if the piezoelectric elements are arranged in a line, there is a problem in that the ink ejection characteristics vary depending on the distance from the connecting portion.
[0009]
In addition, the electrode of the piezoelectric element formed in such a thin film has a relatively high resistance value because of its thin film thickness, and this problem is particularly likely to occur.
[0010]
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that can maintain good ink discharge characteristics and can achieve uniformity.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problem, a flow path forming substrate in which a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening is formed, and a flow plate is provided on one surface side of the flow path forming substrate via a diaphragm. In an ink jet recording head including a piezoelectric element that causes a pressure change in the pressure generating chamber, an external wiring connected to a driving circuit for driving the piezoelectric element is connected to a common electrode common to the plurality of piezoelectric elements. A plurality of connecting portions, and the plurality of connecting portions are formed on the common electrode and connected by a wiring electrode made of a metal having a lower specific resistance than the common electrode, and the wiring electrode is On the outer side of one end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber on the side opposite to the side from which the individual electrode of the piezoelectric element is drawn out, straddling the one end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber along the juxtaposed direction of the pressure generating chamber Extending in the direction opposite to the pressure generation chamber of the wiring electrode, and having a recess from which the wiring electrode is removed on the longitudinal end side of the pressure generation chamber, and the end surface of the recess has a substantially circular shape And an end face of the piezoelectric element on the wiring electrode side is formed in a substantially circular shape concentric with the end face of the recess.
[0012]
In the first aspect, since the resistance value of the common electrode is substantially reduced by the wiring electrode, no voltage drop occurs even when a large number of piezoelectric elements are driven simultaneously, and the ink ejection characteristics are stabilized. Further, the wiring electrode can be formed on the common electrode relatively easily without increasing the size of the head. Further, it is possible to prevent stress due to driving the piezoelectric element from being concentrated on the end portion in the longitudinal direction of the pressure generating chamber. Further, the stress applied to the longitudinal end portion of the pressure generating chamber is effectively dispersed by driving the piezoelectric element.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the ink jet recording head according to the first aspect, wherein at least the common electrode constituting the piezoelectric element is formed by a thin film and a lithography method.
[0014]
In the second aspect, the resistance value of the common electrode is relatively high, but the resistance value of the common electrode is effectively reduced by the wiring electrode.
[0023]
According to a third aspect of the present invention, the width of the recess at the end face of the wiring electrode is wider than the width of the pressure generating chamber, and the end face of the recess is in the width direction of the pressure generating chamber. The ink jet recording head according to the first or second aspect is provided so as to intersect the end face.
[0024]
In the third aspect, the stress applied to the longitudinal end portion of the pressure generating chamber is effectively dispersed by driving the piezoelectric element.
[0031]
A fourth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to third aspects, wherein the wiring electrode has a thickness of 1 μm or more.
[0032]
In the fourth aspect, the resistance of the common electrode is reliably reduced, and the occurrence of a voltage drop is more reliably prevented.
[0033]
According to a fifth aspect of the present invention, the pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation and lithography. The ink jet recording head according to any one of the first to fourth aspects.
[0034]
In the fifth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.
[0035]
A sixth aspect of the present invention is an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to fifth aspects.
[0036]
In the sixth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus that stabilizes ink ejection characteristics and improves reliability.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0038]
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG.
[0039]
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.
[0040]
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.
[0041]
On the other hand, pressure generation chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 are arranged in parallel in the width direction on the opening surface of the flow path forming substrate 10 by anisotropic etching of the silicon single crystal substrate. Is formed with a communicating portion 13 that forms a part of a reservoir 110 that is communicated with a reservoir portion 31 of a reservoir forming substrate 30 (described later) through a through hole 51 and serves as a common ink chamber of each pressure generating chamber 12. The pressure generation chamber 12 communicates with one end in the longitudinal direction via an ink supply path 14.
[0042]
Here, the anisotropic etching is performed by utilizing the difference in etching rate of the silicon single crystal substrate. For example, in this embodiment, when a 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) plane. And a second (111) plane that forms an angle of about 70 degrees with the (110) plane and an angle of about 35 degrees appears, and the (111) plane is compared with the etching rate of the (110) plane. This is performed using the property that 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.
[0043]
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. In addition, each ink supply path 14 communicating with one end of each pressure generation chamber 12 is formed shallower than the pressure generation chamber 12, and the flow path resistance of the ink flowing into the pressure generation chamber 12 is kept constant. That is, the ink supply path 14 is formed by etching the silicon single crystal substrate halfway in the thickness direction (half etching). Half etching is performed by adjusting the etching time.
[0044]
Further, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the side opposite to the ink supply path 14 of each pressure generating chamber 12 on the opening surface side of the flow path forming substrate 10 is an adhesive, a heat-welded film, or the like. It is fixed through. The nozzle plate 20 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 20 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 on one surface, and also serves as a reinforcing plate that protects the silicon single crystal substrate from impact and external force. Further, the nozzle plate 20 may be formed of a material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the flow path forming substrate 10. In this case, since the deformation by heat of the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 is substantially the same, it can be easily joined using a thermosetting adhesive or the like.
[0045]
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 21 that discharges the ink droplet are optimized according to the amount of ink droplet to be discharged, the discharge speed, and the discharge frequency. The For example, when recording 360 ink droplets per inch, the nozzle opening 21 needs to be accurately formed with a diameter of several tens of μm.
[0046]
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 0.2 μm and a piezoelectric layer 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 the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.
[0047]
Here, as shown in FIG. 3, each upper electrode film 80 that is an individual electrode of the piezoelectric element 300 extends from the vicinity of the end opposite to the ink supply path 14 to the vicinity of the end of the flow path forming substrate 10. For example, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) or the like is connected, and an external wiring (not shown) connected to a drive circuit for driving the piezoelectric element 300 is connected near the end of the lead electrode 90. The connecting portion 100 is made.
[0048]
In addition, the lower electrode film 60 that is a common electrode of the piezoelectric element 300 extends continuously in the parallel direction of the pressure generation chambers 12 and is patterned in the vicinity of one end of the piezoelectric element 300. That is, the lower electrode film 60 is continuously provided in other regions except the region where the lead electrode 90 is extended. Further, in the vicinity of the end portion of the lower electrode film 60 in the juxtaposition direction of the pressure generation chambers 12, connection portions 100 </ b> A to which external wiring is connected are provided.
[0049]
In the present embodiment, the wiring electrode 65 made of a conductive material is formed on the lower electrode film 60 through the peripheral wall on the side opposite to the side from which the lead electrode 90 of the pressure generating chamber 12 is drawn out. It extends to the outside, and both end portions of the wiring electrode 65 serve as connection portions 100A. That is, each connection portion 100 </ b> A of the lower electrode film 60 is electrically connected by the wiring electrode 65.
[0050]
The material of the wiring electrode 65 is not particularly limited. For example, it is preferable to use a metal having a relatively small specific resistance such as gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), and at least the lower electrode film. It is desirable to use a metal having a specific resistance lower than 60.
[0051]
In such a configuration, the resistance value of the lower electrode film 60 can be substantially reduced by the wiring electrode 65, and no voltage drop occurs even when a large number of piezoelectric elements are driven simultaneously. Therefore, ink droplets of a predetermined size can always be ejected, and the print quality can always be kept good.
[0052]
In addition, as shown in FIG. 4, such a wiring electrode 65 is preferably extended so as to straddle the longitudinal end portion of the pressure generating chamber 12. Thereby, when the piezoelectric element 300 is driven, stress can be prevented from concentrating in the vicinity of the end portion in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12. Therefore, the repeated driving of the piezoelectric element 300 does not cause a crack or the like in the diaphragm, and the durability and reliability can be improved.
[0053]
Further, as shown in FIG. 5A, it is preferable to provide a recess 66 from which a part of the wiring electrode 65 is removed in a region facing the pressure generation chamber 12 of the wiring electrode 65. The recess 66 is preferably formed so that the width at the end face of the wiring electrode 65 is wider than the pressure generation chamber 12, and the end face of the recess 66 intersects the end face in the width direction of the pressure generation chamber 12. It is preferable to be provided.
[0054]
Although the shape of such a recessed part 66 is not specifically limited, It is preferable that an end surface is made into a substantially circular shape. As a result, the end surface of the recess 66 and the end surface in the width direction of the pressure generation chamber 12 intersect each other, and the angle θ formed between the end surface of the recess 66 and the end surface in the width direction of the pressure generation chamber 12 when viewed in plan. However, it becomes 90 degrees or more. Further, when the end surface of the recess 66 has a substantially circular shape, the end surface 300a on the wiring electrode 65 side of the piezoelectric element 300 has a circular shape that is substantially concentric with the end surface of the recess 66, as shown in FIG. It is preferable that
[0055]
By forming the wiring electrode 65 and the piezoelectric element 300 in such a shape, the stress applied to the vicinity of the end portion of the pressure generating chamber 12 by driving the piezoelectric element 300 is dispersed without being concentrated on a part. Accordingly, it is possible to more reliably prevent the diaphragm from being destroyed.
[0056]
A reservoir forming substrate 30 having a reservoir portion 31 constituting at least a part of the reservoir 110 serving as a common ink chamber for each pressure generating chamber 12 is joined to the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate 10. . In this embodiment, the reservoir portion 31 is formed through the reservoir forming substrate 30 in the thickness direction and across the width direction of the pressure generating chamber 12, and is a through hole provided through the elastic film 50. A reservoir 110 is formed which communicates with the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10 via the reference numeral 51 and serves as a common ink chamber for the pressure generation chambers 12.
[0057]
As the reservoir forming substrate 30, it is preferable to use a material substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10, for example, glass, ceramic material, etc. In this embodiment, the same material as the flow path forming substrate 10 is used. It was formed using a silicon single crystal substrate.
[0058]
Further, in a region facing the piezoelectric element 300 of the reservoir forming substrate 30, a piezoelectric element holding portion 32 capable of sealing the space is provided in a state where a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is secured. The element 300 is sealed in the piezoelectric element holding portion 32.
[0059]
A compliance substrate 40 composed of a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded to the reservoir forming substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm), and the sealing film 41 seals one surface of the reservoir unit 31. It has been stopped. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 110 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 110 is sealed only by the flexible sealing film 41. Thus, the flexible portion 33 can be deformed by a change in internal pressure.
[0060]
Note that such an ink jet recording head of this embodiment takes in ink from an external ink supply means (not shown), fills the interior from the reservoir 110 to the nozzle opening 21, and then records from an unshown drive circuit. In accordance with the signal, a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generation chamber 12 via the external wiring, and the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are bent. By deforming, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.
[0061]
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the ink jet recording head of this embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views showing a part of the pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction.
[0062]
First, as shown in FIG. 6A, 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.
[0063]
Next, as shown in FIG. 6B, after the lower electrode film 60 is formed on the entire surface of the elastic film 50 by sputtering, the lower electrode film 60 is patterned to form the entire pattern. As a material of the lower electrode film 60, platinum (Pt) or the like is suitable. This is because a piezoelectric layer 70 described later formed by sputtering or 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. Because. 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, particularly when lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70. It is desirable that the change in conductivity due to diffusion of lead oxide is small, and platinum is preferable for these reasons.
[0064]
Next, as shown in FIG. 6C, the piezoelectric layer 70 is formed. The piezoelectric layer 70 preferably has crystals oriented. For example, in the present embodiment, a so-called sol-gel method is obtained in which a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a catalyst is applied and dried to be gelled, and further baked at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of metal oxide Thus, the piezoelectric layer 70 in which the crystals are oriented is obtained. As a material of the piezoelectric layer 70, a lead zirconate titanate-based material is suitable when used for an ink jet recording head. In addition, the film-forming method of this piezoelectric material layer 70 is not specifically limited, For example, you may form by sputtering method.
[0065]
Furthermore, after forming a lead zirconate titanate precursor film by a sol-gel method or a sputtering method, a method of crystal growth at a low temperature by a high-pressure treatment method in an alkaline aqueous solution may be used.
[0066]
In any case, the piezoelectric layer 70 thus formed has crystals preferentially oriented unlike a bulk piezoelectric body, and in this embodiment, the piezoelectric layer 70 is formed in a columnar shape. Has been. Note that the preferential orientation refers to a state in which the orientation direction of the crystal is not disordered and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction. The columnar thin film is a state in which substantially cylindrical crystals are aggregated over the surface direction in a state where the central axis substantially coincides with the thickness direction to form a thin film. Of course, it may be a thin film formed of preferentially oriented granular crystals. Note that the thickness of the piezoelectric layer manufactured in this way in the thin film process is generally 0.2 to 5 μm.
[0067]
Next, as shown in FIG. 6D, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 may be any material having high conductivity, and many metals such as aluminum, gold, nickel, and platinum, conductive oxides, and the like can be used. In this embodiment, the platinum film is formed by sputtering.
[0068]
Next, as shown in FIG. 7A, the piezoelectric element 300 is patterned by etching only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80.
[0069]
Next, as shown in FIG. 7B, lead electrodes 90 are formed. For example, in the present embodiment, a film to be the lead electrode 90 made of gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10, and then this film is patterned for each piezoelectric element 300 to form each lead. An electrode 90 was obtained.
[0070]
Next, as shown in FIG. 7C, the wiring electrode 65 is formed on the lower electrode film 60. That is, the wiring electrode 65 is formed on the entire surface of the flow path forming substrate 10 and then etched to form a predetermined pattern. The wiring electrode 65 is preferably formed of a metal having a lower specific resistance than the lower electrode film 60 as described above, and examples thereof include gold, copper, and aluminum. In the present embodiment, gold is formed by sputtering.
[0071]
The above is the film forming process. After forming the film in this way, the above-described anisotropic etching of the silicon single crystal substrate with the alkali solution is performed, and as shown in FIG. 7D, the pressure generating chamber 12, the communication portion 13, and the ink supply path 14 and the like, and then the through-hole 51 is formed through the lower electrode film 60 and the elastic film 50.
[0072]
In practice, a large number of chips are simultaneously formed on a single wafer by the above-described series of film formation and anisotropic etching, and after the process is completed, a single chip-sized flow path is formed as shown in FIG. Divide each substrate 10. Then, the reservoir forming substrate 30 and the compliance substrate 40 are sequentially bonded and integrated with the divided flow path forming substrate 10 to form an ink jet recording head.
[0073]
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the structure of this invention is not limited to what was mentioned above.
[0074]
For example, in the above-described embodiment, the connection portions 100A of the lower electrode film 60, which is a common electrode, are provided at two locations. However, the number of connection portions is not particularly limited, and may be provided at three or more locations. Good.
[0075]
Further, for example, in the above-described embodiment, the vicinity of the end portion of the lead electrode 90 is the connection portion 100 of the upper electrode film 80 that is an individual electrode of the piezoelectric element 300, but the connection portion 100 </ b> A of the lower electrode film 60 is Similarly, for example, a connection layer made of the same layer as the wiring electrode 65 may be provided in a region to be the connection portion 100 of the lead electrode 90.
[0076]
Further, for example, in the above-described embodiment, a thin film type ink jet recording head manufactured by applying a film forming and lithography process is taken as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a green sheet is used. The present invention can also be applied to a thick film type ink jet recording head formed by a method such as sticking.
[0077]
In addition, the ink jet recording head of each of these embodiments constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 8 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.
[0078]
As shown in FIG. 8, in the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head, cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted. Is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively.
[0079]
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is conveyed onto the platen 8. It is like that.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the resistance value of the common electrode can be substantially reduced by the wiring electrode provided on the common electrode. Therefore, even if a large number of piezoelectric elements are driven simultaneously, a voltage drop does not occur, and stable ink ejection characteristics can always be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a first embodiment of the 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 plan view showing a wiring pattern of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
FIG. 4 is a plan view showing a modification of the wiring pattern of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
FIG. 5 is a plan view of a principal part showing a modification of the wiring pattern of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention. FIG.
FIG. 8 is a schematic view of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate 12 Pressure generating chamber 20 Nozzle plate 21 Nozzle opening 30 Reservoir formation board 40 Compliance board | substrate 60 Lower electrode film 65 Wiring electrode 70 Piezoelectric layer 80 Upper electrode film 90 Lead electrode 100,100A Connection part 110 Reservoir 300 Piezoelectric element

Claims

A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening is formed, and a piezoelectric element that is provided on one side of the flow path forming substrate via a vibration plate and causes a pressure change in the pressure generating chamber. In the ink jet recording head provided,
A common electrode common to a plurality of piezoelectric elements has a plurality of connection parts to which external wiring connected to a drive circuit for driving the piezoelectric elements is connected, and the plurality of connection parts are provided on the common electrode. Connected by a wiring electrode made of a metal having a lower specific resistance than the common electrode,
The wiring electrode is disposed on the outside of one end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber on the side opposite to the side from which the individual electrode of the piezoelectric element is drawn, along the parallel direction of the pressure generating chamber and It extends so as to straddle one end in the longitudinal direction,
A region of the wiring electrode facing the pressure generation chamber has a recess from which the wiring electrode is removed on the longitudinal end side of the pressure generation chamber, and the end surface of the recess has a substantially circular shape and An ink jet recording head, wherein an end face of the piezoelectric element on the wiring electrode side is formed in a substantially circular shape concentric with the end face of the recess.

2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein at least the common electrode constituting the piezoelectric element is formed by a thin film and a lithography method.

The width of the concave portion at the end face of the wiring electrode is formed wider than the width of the pressure generating chamber, and the end face of the concave portion is provided so as to intersect the widthwise end face of the pressure generating chamber. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the ink jet recording head is provided.

The ink jet recording head according to claim 1, wherein the wiring electrode has a thickness of 1 μm or more.

The pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation and lithography. The ink jet recording head according to Item.

An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.