JP4218309B2 - Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びに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】
そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。
【0004】
また、たわみ振動モードのアクチュエータに使用される圧電素子は、例えば、共通電極である下電極と、下電極上に形成されたPZT膜(圧電体層)と、PZT膜上に形成された個別電極である上電極とで構成される。さらに、上電極上には層間絶縁膜が形成されて下電極と上電極との絶縁が図られ、この層間絶縁膜に開口されたコンタクトホールを介して上電極に電気的に接続される配線が設けられた構造となっている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−211701号公報(第9−10頁、第13−20図)
【特許文献2】
特開2002−11877号公報(第4−5頁、第1−9図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のインクジェット式記録ヘッドでは、下電極が複数の圧電素子に共通して設けられているため、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変位量が不安定となり、インク吐出特性が低下するという問題がある。また、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。また、このような問題は、下電極の厚さを厚くすることによって解決することはできるが、下電極は、実質的に振動板の一部を構成するため、圧電素子の駆動による振動板の変位量が低下してしまうという問題がある。また、共通電極の面積を広げることによってもこのような問題を解決することはできるが、ヘッドが大型化してしまうという問題がある。
【0007】
さらに、このような問題を解決するために、複数の下部電極膜(下電極)をいくつかのグループに分類して各グループに対応して各コモン端子を設けることで、電圧降下を抑えてアクチュエータ(圧電素子)の特性の均一化を図ったものもある(例えば、特許文献2参照)。
【0008】
このような構造では、確かに電圧降下の発生を抑えることはできるが、端子数が大幅に増加して配線構造が複雑になるため、製造工程が煩雑化してしまうという問題や、圧電素子を高密度に配列した場合には採用するのが難しいという問題がある。
【0009】
なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法だけではなく、勿論、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッドの製造方法においても、同様に存在する。
【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安定したインク吐出特性を得ることができ、且つ圧電素子を高密度に配列することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射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、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、前記下電極が前記圧力発生室の長手方向端部近傍でパターニングされて、各圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子の実質的に駆動部である圧電体能動部が形成されると共に前記圧電素子の個別電極である前記上電極から端子部まで引き出される引き出し配線を有し、前記圧電体能動部を覆うことなく設けられた絶縁膜によって各引き出し配線の一部が連続的に覆われ、且つ前記圧電素子の共通電極である前記下電極から前記端子部まで延設されるバイパス配線の少なくとも一部が前記絶縁膜上に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【0012】
かかる第1の態様では、バイパス配線によって下電極の抵抗値が実質的に低下するため、圧電素子を駆動する際の電圧降下が防止され、インク吐出特性が常に良好に保持される。
【0013】
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記引き出し配線は、一端が前記上電極に接続されるリード電極と、該リード電極と前記端子部との間を連結する連結配線とで構成され、前記絶縁膜が前記連結配線上に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【0014】
かかる第2の態様では、絶縁膜が引き出し配線を構成する連結配線上に設けられているため、引き出し配線やバイパス配線等の製造が容易となる。
【0015】
本発明の第3の態様は、第2の態様において、前記連結配線が、前記下電極と同一の膜からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【0016】
かかる第3の態様では、下電極と連結配線とを同一工程で形成することができ、製造工程が簡略化される。
【0017】
本発明の第4の態様は、第2又は3の態様において、前記バイパス配線が、前記リード電極と同一の膜からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【0018】
かかる第4の態様では、バイパス配線とリード電極とを同一工程で形成することができ、製造工程が簡略化される。
【0019】
本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様において、前記流路形成基板の前記圧電素子側に当該圧電素子を封止する空間である圧電素子保持部を有する封止基板が接合され、前記絶縁膜の少なくとも一部が、前記圧電素子と共に前記圧電素子保持部内に密封されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【0020】
かかる第5の態様では、絶縁膜が圧電素子保持部内に封止されているため、絶縁膜として吸湿性を有する材料を用いることで、圧電素子保持部内を常に乾燥状態に保持することができ、水分に起因する圧電素子の破壊が防止される。
【0021】
本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様において、前記絶縁膜が有機材料で形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【0022】
かかる第6の態様では、絶縁膜を比較的容易に形成することができる。また、絶縁膜が圧電素子保持部内に密封されている場合には、この絶縁膜によって圧電素子保持部内の水分が吸収され、圧電素子の水分に起因する破壊が防止される。
【0023】
本発明の第7の態様は、第6の態様において、前記有機材料が、ポリイミドであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【0024】
かかる第7の態様では、所定の材料を用いることで、絶縁膜をより容易に形成することができる。また、絶縁膜が圧電素子保持部内に密封されている場合には、この絶縁膜によって圧電素子保持部内の水分が確実に吸収され、圧電素子の水分に起因する破壊が防止される。
【0025】
本発明の第8の態様は、第1〜7の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
【0026】
かかる第8の態様では、吐出特性を向上し信頼性を高めた液体噴射装置を実現することができる。
【0027】
本発明の第9の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、下電極形成膜を成膜及びパターニングして前記圧力発生室に対応する領域に前記下電極を形成すると共に、前記上電極から引き出される引き出し配線の一部を構成する連結配線を前記圧力発生室の長手方向外側に圧力発生室毎に独立して形成する工程と、圧電体形成膜及び上電極形成膜を成膜及びパターニングして前記下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子の実質的な駆動部である圧電体能動部を覆うことなく前記連結配線上の両端部近傍を除く領域を連続的に覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記上電極と前記連結配線とを接続すると共に前記連結配線と端子部とを接続するリード電極と、少なくとも一部が前記絶縁膜上に延設されて前記下電極と前記端子部とを接続するバイパス配線とを同一膜で形成する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0028】
かかる第9の態様では、製造工程を煩雑化することなく各層を形成することができる。
【0029】
【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。
(実施形態1)
図1は、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り、図2は、図1の概略平面図及びそのA−A’断面図である。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り、その両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、及び後述する圧力発生室を形成する際にマスクとして用いられるマスク膜55が設けられている。この流路形成基板10には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁11によって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、各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100の一部を構成する連通部13が形成され、この連通部13は各圧力発生室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。
【0030】
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。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の断面積は、圧力発生室12のそれより小さく形成されており、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。
【0031】
このような流路形成基板10の厚さは、圧力発生室12を配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室12の配列密度が、例えば、1インチ当たり180個(180dpi)程度であれば、流路形成基板10の厚さは、220μm程度であればよいが、例えば、200dpi以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板10の厚さは100μm以下と比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室12間の隔壁11の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【0032】
また、流路形成基板10の開口面側のマスク膜55上には、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。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。
【0033】
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0.5〜5μm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320という。本実施形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、上述した例では、弾性膜50及び下電極膜60が振動板として作用する。
【0034】
ここで、圧電素子300の共通電極である下電極膜60は、本実施形態では、パターニングにより圧力発生室12の長手方向両端部外側の領域は除去され、圧力発生室12に対応する領域のみに形成されている。すなわち、下電極膜60は、圧力発生室12の長さよりも狭い幅で、圧力発生室12の並設方向に沿って延設されている。
【0035】
一方、圧電素子300の個別電極である各上電極膜80には、下電極膜60に対向する領域、すなわち圧電体能動部320に対向する領域から流路形成基板10の端部近傍に設けられる端子部120まで引き出される引き出し配線110が接続されている。なお、端子部120とは、駆動IC等に繋がる駆動配線(図示なし)が接続される部分であり、本実施形態では、引き出し配線110の端部近傍が端子部120となっている。具体的には、引き出し配線110は、上電極膜80から圧力発生室12の外側まで延設される第1のリード電極111と、端子部120を構成する第2のリード電極112と、これら第1のリード電極111と第2のリード電極112(端子部120)とを連結する連結配線113とで形成されている。ここで、連結配線113は、下電極膜60と同一の膜、例えば、白金(Pt)からなり、第1及び第2のリード電極111,112は、比較的導電性の高い材料、例えば、金(Au)からなる。なお、本実施形態では、圧電素子300の引き出し配線110とは反対側の端部には、第1及び第2のリード電極111、112と同一の膜からなる保護膜114を設け、圧電素子300の駆動による端部近傍の破壊を防止している。勿論、この保護膜114は設けなくてもよい。
【0036】
また、引き出し配線110の一部は絶縁膜130によって覆われ、絶縁膜130上には、下電極膜60と端子部120とを接続するバイパス配線140が設けられている。絶縁膜130は、引き出し配線110の一部を覆って設けられるが、圧電体能動部320に対向する領域は覆うことなく形成される。本実施形態では、各引き出し配線110の連結配線113、詳細には、連結配線113の両端部近傍の第1及び第2のリード電極が接続される領域を除く部分が絶縁膜130によって連続的に覆われている。この絶縁膜130は、詳しくは後述するが、有機材料で形成することが好ましく、本実施形態では、絶縁膜130は、ポリイミドで形成されている。
【0037】
また、バイパス配線140は、絶縁膜130上に絶縁膜130の幅よりも若干狭い幅で形成され、その端部近傍が端子部120となっている。さらに、バイパス配線140は、引き出し配線110に沿って隔壁11に対向する領域まで延設される接続部141を有し、この接続部141で下電極膜60と接続されている。この接続部141は、少なくとも1カ所に設けられていればよいが、複数箇所に設けられていることが好ましく、例えば、本実施形態では、3本の圧電素子300毎に接続部141を設けるようにした(図1参照)。なお、接続部141の間隔は、特に限定されず、例えば、各圧電素子300の間にそれぞれ接続部141を設けるようにしてもよい。また、このようなバイパス配線140は、下電極膜60よりも導電性の高い材料で形成することが好ましく、本実施形態では、第1及び第2のリード電極111,112と同一の膜で形成されている。
【0038】
このように、圧電素子300の個別電極である上電極膜80から引き出される引き出し配線110上に絶縁膜130を介して圧電素子300の共通電極である下電極60に接続されるバイパス配線140を設けることにより、振動板の変位特性を低下させることなく、下電極膜60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、常に良好で且つ安定したインク吐出特性を得ることができる。また、特に、バイパス配線140を下電極膜60の材料よりも導電性の高い材料を用いることにより、下電極膜60の抵抗値を比較的容易に低下させることができ、且つヘッドの小型化を図ることもできる。
【0039】
また、流路形成基板10上には、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31を有する封止基板30が接合され、圧電素子300はこの圧電素子保持部31内に封止されている。また、本実施形態では、引き出し配線110の接続配線113上に設けられた絶縁膜130もこの圧電素子保持部31内に封止されている。そして、この絶縁膜130は、有機材料、本実施形態では、ポリイミドによって形成されている。このため、絶縁膜130が圧電素子保持部31内の水分(湿気)を吸収し、圧電素子保持部31内は常に乾燥状態に保持されるため、圧電素子300の水分に起因する破壊を防止することができる。さらに、このような絶縁膜130は、圧電体能動部320を覆うことなく形成されるため、絶縁膜130が水分を吸収したとしてもそれによって圧電体能動部320が破壊されることもない。
【0040】
また、封止基板30には、リザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部32が設けられている。このリザーバ部32は、封止基板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に設けられた連通孔を介して流路形成基板10の連通部13と連通され、各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100を構成している。このような封止基板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。
【0041】
さらに、このような封止基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバ100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバ100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
【0042】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動ICからの駆動信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に駆動電圧を印加し、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。
【0043】
図3及び図4は圧力発生室12の長手方向の断面図であり、以下、これら図3及び図4を参照して、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。まず、図3(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弾性膜50及びマスク膜55を構成する二酸化シリコン膜51を全面に形成する。次いで、図3(b)に示すように、例えば、白金等からなる下電極膜60となる下電極形成膜65を弾性膜50となる二酸化シリコン膜51上に形成後、下電極形成膜65をパターニングすることにより、圧力発生室12に対応する領域に下電極膜60を形成すると共に、各圧力発生室12の長手方向外側に引き出し配線110を構成する連結配線113を形成する。このように、下電極膜60と同一膜(下電極形成膜65)で連結配線113を形成すれば、製造工程を煩雑化することなく連結配線113を容易に形成することができる。
次いで、図3(c)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体形成膜75と、例えば、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属、あるいは導電性酸化物等からなる上電極形成膜85とを順次積層し、これらを同時にパターニングして下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80からなる圧電素子300を形成する。
【0044】
次に、図3(d)に示すように、例えば、ポリイミド等の有機材料からなる絶縁膜形成層135を流路形成基板10の全面に形成後、パターニングすることにより、連結配線113に対応する領域に絶縁膜130を形成する。次いで、図4(a)に示すように、引き出し配線110を構成する第1及び第2のリード電極111,112、保護膜114、バイパス配線140を同時に形成する。すなわち、例えば、金(Au)等からなる金属膜115を流路形成基板10の全面に亘って形成すると共に、この金属膜115をパターニングすることにより、各圧電素子300毎に第1及び第2のリード電極111,112を形成すると共に、絶縁膜130に対向する領域に延設されるバイパス配線140を形成する。さらに、圧電素子300の第1のリード電極111とは反対側の端部に保護膜114を形成する。このように、第1及び第2のリード電極111,112と同一膜(金属膜115)でバイパス配線140を形成することにより、製造工程を煩雑化することなくバイパス配線140を容易に形成することができる。
【0045】
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(流路形成基板10)の異方性エッチングを行い、圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14を形成する。具体的には、まず、図4(b)に示すように、流路形成基板10の圧電素子300側に、予め圧電素子保持部31、リザーバ部32等が形成された封止基板30を接合する。次に、図4(c)に示すように、流路形成基板10の封止基板30との接合面とは反対側の面に形成されている二酸化シリコン膜51を所定形状にパターニングしてマスク膜55とし、このマスク膜55を介して、前述したアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことにより、流路形成基板10に圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14等を形成する。なお、このように異方性エッチングを行う際には、封止基板30の表面を封止した状態で行う。
【0046】
また、その後は、流路形成基板10の封止基板30とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、封止基板30にコンプライアンス基板40を接合して各チップサイズに分割することにより、図1に示すような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【0047】
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、バイパス配線140を第1及び第2のリード電極111,112と同一の膜で形成するようにしたが、勿論、バイパス配線140は、第1及び第2のリード電極111,112とは、別途形成するようにしてもよい。なお、バイパス配線140は、何れにしても下電極膜60よりも導電性の高い材料を用いることが望ましい。これにより、バイパス配線140の膜厚をあまり厚くすることなく下電極膜60の抵抗値を実質的に低下させることができる。また、バイパス配線140を第1及び第2のリード電極111,112とは別途形成する場合、上電極膜80から端子部120まで連続的する引き出し配線を形成後、絶縁膜130及びバイパス配線140を設けるようにしてもよい。さらに、上述の実施形態では、連結配線113を下電極膜60と同一の材料で形成するようにしたが、連結配線113は、下電極膜60とは別途設けるようにしてもよい。
【0048】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図5は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図5に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8上に搬送されるようになっている。
【0049】
また、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出す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一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態1に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図2】 実施形態1に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図3】 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図4】 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図5】 一実施形態に係る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、 13 連通部、 14 インク供給路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 封止基板、 31 圧電素子保持部、 32 リザーバ部、 40 コンプライアンス基板、50 弾性膜、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 100 リザーバ、110 引き出し配線、 111 第1のリード電極、 112 第2のリード電極、 113 連結配線、 120 端子部、 130 絶縁膜、 140 バイパス配線、 141 接続部、 300 圧電素子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid ejecting head that ejects a liquid to be ejected, a method for manufacturing the same, and a liquid ejecting apparatus, and in particular, pressurizes ink supplied to a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening that ejects ink droplets using a piezoelectric element. The present invention relates to an ink jet recording head that discharges ink droplets from a nozzle opening, a manufacturing method thereof, 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]
As an example of using an actuator in a flexural vibration mode, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm, and this piezoelectric material layer is formed into a pressure generating chamber by a lithography method. A device in which a piezoelectric element is formed so as to be cut into a corresponding shape and independent for each pressure generating chamber is known.
[0004]
The piezoelectric element used for the actuator in the flexural vibration mode includes, for example, a lower electrode that is a common electrode, a PZT film (piezoelectric layer) formed on the lower electrode, and an individual electrode formed on the PZT film. It is comprised with the upper electrode which is. Further, an interlayer insulating film is formed on the upper electrode to insulate the lower electrode from the upper electrode, and a wiring electrically connected to the upper electrode through a contact hole opened in the interlayer insulating film. The structure is provided (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-211701 (pages 9-10 and 13-20)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-11877 (page 4-5, FIG. 1-9)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional ink jet recording head, since the lower electrode is provided in common to a plurality of piezoelectric elements, a voltage drop occurs when a large number of ink droplets are ejected at the same time by simultaneously driving a large number of piezoelectric elements. Occurs, the amount of displacement of the piezoelectric element becomes unstable, and there is a problem that the ink ejection characteristics deteriorate. In addition, the electrode of the piezoelectric element formed of a thin film has a relatively high resistance value because of its thin film thickness, and this problem is particularly likely to occur. In addition, such a problem can be solved by increasing the thickness of the lower electrode. However, since the lower electrode substantially constitutes a part of the diaphragm, the diaphragm is driven by driving the piezoelectric element. There is a problem that the amount of displacement decreases. Although such a problem can be solved by increasing the area of the common electrode, there is a problem that the head becomes large.
[0007]
Furthermore, in order to solve such problems, a plurality of lower electrode films (lower electrodes) are classified into several groups, and each common terminal is provided corresponding to each group, so that the voltage drop is suppressed and the actuator Some have achieved uniform characteristics of the piezoelectric element (see, for example, Patent Document 2).
[0008]
With such a structure, the occurrence of a voltage drop can certainly be suppressed, but the number of terminals is greatly increased and the wiring structure becomes complicated, so that the manufacturing process becomes complicated and the piezoelectric element increases. There is a problem that it is difficult to adopt when arranged in the density.
[0009]
Such a problem exists not only in the manufacturing method of the ink jet recording head that discharges ink but also in the manufacturing method of other liquid jet heads that discharge other than ink.
[0010]
In view of such circumstances, the present invention provides a liquid ejecting head that can satisfactorily maintain ink ejection characteristics, obtain stable ink ejection characteristics, and can arrange piezoelectric elements at high density, and a method for manufacturing the same, It is an object to provide a liquid ejecting apparatus.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention that solves the above problems includes a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, and a diaphragm in a region on one side of the flow path forming substrate. A liquid ejecting head comprising a lower electrode, a piezoelectric layer, and a piezoelectric element comprising an upper electrode, and the lower electrode is patterned in the vicinity of the longitudinal end of the pressure generating chamber to generate each pressure. A piezoelectric active portion that is substantially a driving portion of the piezoelectric element is formed in a region facing the chamber, and a lead-out wiring that is led out from the upper electrode that is an individual electrode of the piezoelectric element to a terminal portion; Bypass wiring extending from the lower electrode, which is a common electrode of the piezoelectric element, to the terminal portion, in which a part of each lead-out wiring is continuously covered by an insulating film provided without covering the piezoelectric active portion Less Some Ku and also has a liquid-jet head, characterized in that it is extended on the insulating film.
[0012]
In the first aspect, since the resistance value of the lower electrode is substantially reduced by the bypass wiring, the voltage drop when driving the piezoelectric element is prevented, and the ink ejection characteristics are always kept good.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the lead-out wiring includes a lead electrode having one end connected to the upper electrode, and a connection wiring that connects the lead electrode and the terminal portion. The liquid ejecting head is configured, wherein the insulating film is provided on the connection wiring.
[0014]
In the second aspect, since the insulating film is provided on the connection wiring constituting the extraction wiring, it is easy to manufacture the extraction wiring, the bypass wiring, and the like.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the liquid jet head according to the second aspect, the connection wiring is made of the same film as the lower electrode.
[0016]
In the third aspect, the lower electrode and the connection wiring can be formed in the same process, and the manufacturing process is simplified.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in the liquid jet head according to the second or third aspect, the bypass wiring is made of the same film as the lead electrode.
[0018]
In the fourth aspect, the bypass wiring and the lead electrode can be formed in the same process, and the manufacturing process is simplified.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, a sealing substrate having a piezoelectric element holding portion that is a space for sealing the piezoelectric element on the piezoelectric element side of the flow path forming substrate. In the liquid ejecting head, at least a part of the insulating film is sealed in the piezoelectric element holding portion together with the piezoelectric element.
[0020]
In the fifth aspect, since the insulating film is sealed in the piezoelectric element holding portion, by using a hygroscopic material as the insulating film, the inside of the piezoelectric element holding portion can be always kept dry, Destruction of the piezoelectric element due to moisture is prevented.
[0021]
According to a sixth aspect of the present invention, in the liquid jet head according to any one of the first to fifth aspects, the insulating film is formed of an organic material.
[0022]
In the sixth aspect, the insulating film can be formed relatively easily. In addition, when the insulating film is sealed in the piezoelectric element holding portion, the moisture in the piezoelectric element holding portion is absorbed by the insulating film, and the piezoelectric element is prevented from being damaged due to moisture.
[0023]
According to a seventh aspect of the present invention, in the liquid jet head according to the sixth aspect, the organic material is polyimide.
[0024]
In the seventh aspect, the insulating film can be more easily formed by using a predetermined material. In addition, when the insulating film is sealed in the piezoelectric element holding portion, moisture in the piezoelectric element holding portion is surely absorbed by the insulating film, and destruction due to moisture of the piezoelectric element is prevented.
[0025]
An eighth aspect of the present invention is a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to any one of the first to seventh aspects.
[0026]
In the eighth aspect, it is possible to realize a liquid ejecting apparatus with improved ejection characteristics and improved reliability.
[0027]
According to a ninth aspect of the present invention, a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, and a region on one side of the flow path forming substrate is provided via a diaphragm. In a method for manufacturing a liquid jet head comprising a lower electrode, a piezoelectric layer, and a piezoelectric element comprising an upper electrode, a lower electrode forming film is formed and patterned to place the lower electrode in a region corresponding to the pressure generating chamber. Forming a connecting wire that forms a part of the lead-out wire led out from the upper electrode, and forming the piezoelectric material forming film and the upper electrode independently on the pressure generation chamber for each pressure generation chamber. Forming and patterning a forming film to form a piezoelectric element including the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode; and connecting the piezoelectric element without covering a piezoelectric active part that is a substantial driving unit of the piezoelectric element. Both ends on the wiring A step of forming an insulating film so as to continuously cover a region excluding the side, a lead electrode that connects the upper electrode and the connection wiring and connects the connection wiring and the terminal portion, and at least a part of the lead electrode The method of manufacturing a liquid ejecting head includes a step of forming a bypass wiring extending on an insulating film and connecting the lower electrode and the terminal portion with the same film.
[0028]
In the ninth aspect, each layer can be formed without complicating the manufacturing process.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of the ink jet recording head according to the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic plan view of FIG. 1 and a sectional view taken along line AA ′. As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in the present embodiment, and has a thickness of 1 to 2 μm made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation on both surfaces. A mask film 55 used as a mask when forming the elastic film 50 and a pressure generation chamber described later is provided. The flow path forming substrate 10 is provided with pressure generating chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 in parallel in the width direction by performing anisotropic etching from the other direction side. A communication portion 13 constituting a part of the reservoir 100 serving as a common ink chamber of the generation chamber 12 is formed, and the communication portion 13 communicates with one end portion in the longitudinal direction of each pressure generation chamber 12 via an ink supply path 14. Has been.
[0030]
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. 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. The cross-sectional area of each ink supply path 14 communicating with one end of each pressure generation chamber 12 is smaller than that of the pressure generation chamber 12, and the flow path resistance of the ink flowing into the pressure generation chamber 12 is kept constant. is doing.
[0031]
The thickness of the flow path forming substrate 10 may be selected as the optimum thickness according to the arrangement density of the pressure generating chambers 12, and the arrangement density of the pressure generating chambers 12 is, for example, 180 per inch ( If it is about 180 dpi), the thickness of the flow path forming substrate 10 may be about 220 μm. However, for example, when arranged at a relatively high density of 200 dpi or more, the thickness of the flow path forming substrate 10 is It is preferable to make it relatively thin as 100 μm or less. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall 11 between the adjacent pressure generation chambers 12.
[0032]
Further, the nozzle plate 20 in which the nozzle opening 21 communicating with the side opposite to the ink supply path 14 of each pressure generating chamber 12 is formed on the mask film 55 on the opening surface side of the flow path forming substrate 10 is an adhesive. It is fixed via a heat welding film or the like. 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] glass ceramics or 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. 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.
[0033]
On the other hand, on the elastic film 50 opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, the lower electrode film 60 with a thickness of, for example, about 0.2 μm and a thickness of, for example, about 0.5 to 5 μm. The piezoelectric layer 70 and the 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 320. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator. In the example described above, the elastic film 50 and the lower electrode film 60 act as a diaphragm.
[0034]
Here, in the present embodiment, the lower electrode film 60 that is a common electrode of the piezoelectric element 300 is removed by removing the regions outside both ends in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 by patterning, and only in the region corresponding to the pressure generating chamber 12. Is formed. That is, the lower electrode film 60 has a width narrower than the length of the pressure generation chamber 12 and extends along the direction in which the pressure generation chambers 12 are arranged.
[0035]
On the other hand, each upper electrode film 80, which is an individual electrode of the piezoelectric element 300, is provided in the vicinity of the end of the flow path forming substrate 10 from a region facing the lower electrode film 60, that is, a region facing the piezoelectric body active portion 320. A lead wiring 110 that is led out to the terminal portion 120 is connected. The terminal portion 120 is a portion to which drive wiring (not shown) connected to a drive IC or the like is connected. In the present embodiment, the vicinity of the end portion of the lead-out wiring 110 is the terminal portion 120. Specifically, the lead-out wiring 110 includes a first lead electrode 111 extending from the upper electrode film 80 to the outside of the pressure generation chamber 12, a second lead electrode 112 constituting the terminal portion 120, and the first lead electrode 111. The first lead electrode 111 and the second lead electrode 112 (terminal portion 120) are connected to each other and formed with a connection wiring 113. Here, the connection wiring 113 is made of the same film as the lower electrode film 60, for example, platinum (Pt), and the first and second lead electrodes 111, 112 are made of a material having relatively high conductivity, for example, gold. (Au). In the present embodiment, a protective film 114 made of the same film as the first and second lead electrodes 111 and 112 is provided at the end of the piezoelectric element 300 opposite to the lead-out wiring 110, and the piezoelectric element 300 is provided. This prevents the vicinity of the end portion from being damaged by driving. Of course, the protective film 114 may not be provided.
[0036]
A part of the lead wiring 110 is covered with an insulating film 130, and a bypass wiring 140 that connects the lower electrode film 60 and the terminal portion 120 is provided on the insulating film 130. The insulating film 130 is provided so as to cover a part of the lead wiring 110, but is formed without covering a region facing the piezoelectric active portion 320. In the present embodiment, the connection wiring 113 of each lead-out wiring 110, specifically, the portion excluding the region where the first and second lead electrodes in the vicinity of both ends of the connection wiring 113 are connected is continuously formed by the insulating film 130. Covered. As will be described in detail later, the insulating film 130 is preferably formed of an organic material. In this embodiment, the insulating film 130 is formed of polyimide.
[0037]
Further, the bypass wiring 140 is formed on the insulating film 130 with a width slightly narrower than the width of the insulating film 130, and the vicinity of the end serves as the terminal portion 120. Further, the bypass wiring 140 has a connection portion 141 extending to the region facing the partition wall 11 along the lead-out wiring 110, and is connected to the lower electrode film 60 through the connection portion 141. The connecting portion 141 may be provided in at least one place, but is preferably provided in a plurality of places. For example, in this embodiment, the connecting portion 141 is provided for every three piezoelectric elements 300. (See FIG. 1). In addition, the space | interval of the connection part 141 is not specifically limited, For example, you may make it provide the connection part 141 between each piezoelectric element 300, respectively. In addition, the bypass wiring 140 is preferably formed of a material having higher conductivity than the lower electrode film 60. In the present embodiment, the bypass wiring 140 is formed of the same film as the first and second lead electrodes 111 and 112. Has been.
[0038]
Thus, the bypass wiring 140 connected to the lower electrode 60 that is the common electrode of the piezoelectric element 300 is provided on the lead-out wiring 110 that is drawn from the upper electrode film 80 that is the individual electrode of the piezoelectric element 300 via the insulating film 130. As a result, the resistance value of the lower electrode film 60 can be substantially reduced without reducing the displacement characteristics of the diaphragm. Therefore, even if a large number of piezoelectric elements are driven simultaneously, a voltage drop does not occur, and always good and stable ink ejection characteristics can be obtained. In particular, by using a material having higher conductivity than the material of the lower electrode film 60 for the bypass wiring 140, the resistance value of the lower electrode film 60 can be reduced relatively easily, and the head can be downsized. You can also plan.
[0039]
In addition, a sealing substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 capable of sealing the space is bonded to the flow path forming substrate 10 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 31. In this embodiment, the insulating film 130 provided on the connection wiring 113 of the lead-out wiring 110 is also sealed in the piezoelectric element holding portion 31. The insulating film 130 is made of an organic material, in this embodiment, polyimide. For this reason, since the insulating film 130 absorbs moisture (humidity) in the piezoelectric element holding portion 31 and the inside of the piezoelectric element holding portion 31 is always kept in a dry state, the piezoelectric element 300 is prevented from being damaged due to moisture. be able to. Furthermore, since the insulating film 130 is formed without covering the piezoelectric active part 320, even if the insulating film 130 absorbs moisture, the piezoelectric active part 320 is not destroyed thereby.
[0040]
In addition, the sealing substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 that constitutes at least a part of the reservoir 100. The reservoir portion 32 is formed through the sealing substrate 30 in the thickness direction and across the width direction of the pressure generating chamber 12, and the flow path forming substrate 10 is formed through a communication hole provided in the elastic film 50. The reservoir 100 is connected to the communication portion 13 and serves as an ink chamber common to the pressure generation chambers 12. As such a sealing 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, a ceramic material, etc., and in this embodiment, the same as the flow path forming substrate 10. It was formed using a silicon single crystal substrate of the material.
[0041]
Furthermore, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the sealing 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). The sealing film 41 seals one surface of the reservoir portion 32. It has been stopped. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.
[0042]
In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then driven according to a drive signal from a drive IC (not shown). By applying a driving voltage between each of the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 corresponding to the pressure generating chamber 12, the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are bent and deformed. The pressure in the pressure generating chamber 12 increases and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.
[0043]
3 and 4 are longitudinal sectional views of the pressure generating chamber 12, and a method for manufacturing the ink jet recording head of this embodiment will be described below with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3A, a silicon dioxide film that forms an elastic film 50 and a mask film 55 by thermally oxidizing a silicon single crystal substrate wafer to be a flow path forming substrate 10 in a diffusion furnace at about 1100 ° C. 51 is formed on the entire surface. Next, as shown in FIG. 3B, for example, after forming a lower electrode forming film 65 to be the lower electrode film 60 made of platinum or the like on the silicon dioxide film 51 to be the elastic film 50, the lower electrode forming film 65 is formed. By patterning, the lower electrode film 60 is formed in a region corresponding to the pressure generation chamber 12, and the connection wiring 113 constituting the extraction wiring 110 is formed outside the pressure generation chamber 12 in the longitudinal direction. Thus, if the connection wiring 113 is formed of the same film (lower electrode formation film 65) as the lower electrode film 60, the connection wiring 113 can be easily formed without complicating the manufacturing process.
Next, as shown in FIG. 3C, the piezoelectric body forming film 75 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT), and many metals such as aluminum, gold, nickel, platinum, or the like An upper electrode forming film 85 made of an oxide or the like is sequentially laminated, and these are simultaneously patterned to form a piezoelectric element 300 made up of the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80.
[0044]
Next, as shown in FIG. 3D, for example, an insulating film forming layer 135 made of an organic material such as polyimide is formed on the entire surface of the flow path forming substrate 10 and then patterned to correspond to the connection wiring 113. An insulating film 130 is formed in the region. Next, as shown in FIG. 4A, the first and second lead electrodes 111 and 112, the protective film 114, and the bypass wiring 140 constituting the lead wiring 110 are formed simultaneously. That is, for example, a metal film 115 made of gold (Au) or the like is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10, and the metal film 115 is patterned so that the first and second elements are provided for each piezoelectric element 300. The lead electrodes 111 and 112 are formed, and a bypass wiring 140 extending in a region facing the insulating film 130 is formed. Further, a protective film 114 is formed on the end of the piezoelectric element 300 opposite to the first lead electrode 111. Thus, by forming the bypass wiring 140 with the same film (metal film 115) as the first and second lead electrodes 111 and 112, the bypass wiring 140 can be easily formed without complicating the manufacturing process. Can do.
[0045]
The above is the film forming process. After film formation in this way, anisotropic etching of the silicon single crystal substrate (flow path forming substrate 10) with the alkali solution described above is performed to form the pressure generating chamber 12, the communication portion 13, and the ink supply path 14. To do. Specifically, first, as shown in FIG. 4B, the sealing substrate 30 on which the piezoelectric element holding portion 31, the reservoir portion 32, and the like are formed in advance is bonded to the flow path forming substrate 10 on the piezoelectric element 300 side. To do. Next, as shown in FIG. 4C, the silicon dioxide film 51 formed on the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the bonding surface with the sealing substrate 30 is patterned into a predetermined shape and masked. The pressure generation chamber 12, the communication portion 13, the ink supply path 14, and the like are formed in the flow path forming substrate 10 by forming the film 55 and performing the anisotropic etching with the alkali solution described above through the mask film 55. Note that the anisotropic etching is performed in a state where the surface of the sealing substrate 30 is sealed.
[0046]
After that, the nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the sealing substrate 30 is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the sealing substrate 30. By dividing into each chip size, the ink jet recording head of this embodiment as shown in FIG. 1 is obtained.
[0047]
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, in the above-described embodiment, the bypass wiring 140 is formed of the same film as the first and second lead electrodes 111 and 112. Of course, the bypass wiring 140 includes the first and second lead electrodes. 111 and 112 may be formed separately. In any case, the bypass wiring 140 is desirably made of a material having higher conductivity than the lower electrode film 60. As a result, the resistance value of the lower electrode film 60 can be substantially reduced without increasing the thickness of the bypass wiring 140 so much. Further, when the bypass wiring 140 is formed separately from the first and second lead electrodes 111 and 112, after forming the continuous lead wiring from the upper electrode film 80 to the terminal portion 120, the insulating film 130 and the bypass wiring 140 are formed. You may make it provide. Furthermore, in the above-described embodiment, the connection wiring 113 is formed of the same material as the lower electrode film 60. However, the connection wiring 113 may be provided separately from the lower electrode film 60.
[0048]
Such an ink jet recording head constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 5 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 5, in the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head, cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted. Is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively. The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is conveyed onto the platen 8. It is like that.
[0049]
In addition, the ink jet recording head and the ink jet recording apparatus that discharge ink as the liquid ejecting head have been described as examples. However, the present invention is widely intended for the liquid ejecting head and the liquid ejecting apparatus in general. Examples of the liquid ejecting head include a recording head used in an image recording apparatus such as a printer, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an organic EL display, and an electrode formation such as an FED (surface emitting display). Electrode material ejecting heads used in manufacturing, bioorganic matter ejecting heads used in biochip production, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a recording head according to a first embodiment.
2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment.
4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a recording head according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 5 is a schematic diagram of a recording apparatus according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board, 12 Pressure generation chamber, 13 Communication part, 14 Ink supply path, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Sealing board, 31 Piezoelectric element holding part, 32 Reservoir part, 40 Compliance board, 50 Elastic film , 60 lower electrode film, 70 piezoelectric layer, 80 upper electrode film, 100 reservoir, 110 lead-out wiring, 111 first lead electrode, 112 second lead electrode, 113 connection wiring, 120 terminal portion, 130 insulating film, 140 Bypass wiring, 141 connection, 300 piezoelectric element

Claims (8)

液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が複数形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた共通電極、圧電体層及び個別電極からなる圧電素子と、を具備し、前記圧力発生室に対向する領域に前記共通電極及び前記個別電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる圧電体能動部が形成された液体噴射ヘッドにおいて、
前記個別電極から端子部まで引き出される引き出し配線と、接続部を介して前記共通電極と電気的に接続されるバイパス配線と、を有し、前記圧電体能動部を覆うことなく設けられた絶縁膜により前記引き出し配線の一部が覆われ、前記バイパス配線の少なくとも一部が前記絶縁膜上に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
A flow path forming substrate in which a plurality of pressure generation chambers communicating with nozzle openings for injecting liquid are formed; a common electrode provided on one side of the flow path forming substrate via a diaphragm; a piezoelectric layer; and anda piezoelectric element composed of the individual electrodes, the common electrode and the voltage liquid jet head piezoelectric active portion piezoelectric distortion is formed by the application of to the individual electrodes in a region facing the pressure generating chamber Leave
An insulating film having a lead- out line led out from the individual electrode to the terminal part , and a bypass line electrically connected to the common electrode through a connection part, and provided without covering the piezoelectric active part more said portion of the extraction wiring is covered, the liquid ejecting head at least a portion of the bypass wire is characterized in that it is extended on the insulating film.
請求項1に記載の液体噴射ヘッドにおいて、前記流路形成基板の前記圧電素子側に該圧電素子を封止する空間である圧電素子保持部を有する封止基板が接合され、有機材料により形成される前記絶縁膜の少なくとも一部が、前記圧電素子と共に前記圧電素子保持部内に密封されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1, wherein a sealing substrate having a piezoelectric element holding portion which is a space for sealing the piezoelectric element is bonded to the piezoelectric element side of the flow path forming substrate, and is formed of an organic material. At least a part of the insulating film is sealed in the piezoelectric element holding portion together with the piezoelectric element. 請求項2に記載の液体噴射ヘッドにおいて、前記有機材料がポリイミドであることを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 2 , wherein the organic material is polyimide. 請求項1〜3の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、前記引き出し配線は、一端が前記個別電極に接続されるリード電極と、該リード電極と前記端子部との間を連結する連結配線とで構成され、前記絶縁膜が前記連結配線上に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。Oite the liquid jet head according to any one of claims 1 to 3, wherein the lead-out wiring, connected to the lead electrode whose one end is connected to the individual electrodes, between the lead electrode and the terminal portion A liquid ejecting head, wherein the insulating film is provided on the connection wiring. 請求項1〜4の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、前記バイパス配線が前記共通電極より導電性が高いことを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1 , wherein the bypass wiring has higher conductivity than the common electrode . 請求項1〜5の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、前記接続部が複数箇所設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1 , wherein the connecting portion is provided at a plurality of locations . 請求項1〜6の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、各前記圧電素子の間にそれぞれ前記接続部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the connection portion is provided between the piezoelectric elements . 請求項1〜7の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to any one of claims 1 to 7.
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