JPH11291486A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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Publication number
JPH11291486A
JPH11291486A JP9900998A JP9900998A JPH11291486A JP H11291486 A JPH11291486 A JP H11291486A JP 9900998 A JP9900998 A JP 9900998A JP 9900998 A JP9900998 A JP 9900998A JP H11291486 A JPH11291486 A JP H11291486A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
pressure generating
generating chamber
recording head
film
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9900998A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Kamei
宏行 亀井
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Publication of JPH11291486A publication Critical patent/JPH11291486A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the amount of deformation and durability of a diaphragm by eliminating initial deformation thereof. SOLUTION: The ink jet recording head comprises a piezoelectric oscillator having an elastic film 50 constituting a part of a pressure generating room 12 communicating with a nozzle opening and serving as a diaphragm, a lower electrode 60 disposed above the elastic film 50, a piezoelectric layer 70 formed the lower electrode 60, an upper electrode 80 formed on the surface of the piezoelectric layer 70, and a piezoelectric active part 320 formed in a region facing the pressure generating room 12. The diaphragm is provided, at least in the regions corresponding to the opposite breadthwise sides of the piezoelectric active part 320, with parts 330 for absorbing deformation of the diaphragm due to internal stress of the piezoelectric layer 70 thus absorbing deformation of the diaphragm at the time of forming the pressure generating room.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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体層を形成して、圧電体
層の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure generating chamber which is in communication with a nozzle opening for discharging ink droplets, and which is constituted by a vibrating plate. The present invention relates to an ink jet recording head that ejects ink droplets by displacement of a layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電振動子により変形させて圧力発生室のインクを加圧し
てノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット
式記録ヘッドには、圧電振動子の軸方向に伸長、収縮す
る縦振動モードの圧電振動子を使用したものと、たわみ
振動モードの圧電振動子を使用したものの2種類が実用
化されている。
2. Description of the Related Art A part of a pressure generating chamber which communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibrating plate. There are two types of ink-jet recording heads that eject ink droplets from a piezoelectric vibrator, one that uses a longitudinal vibration mode piezoelectric vibrator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric vibrator, and the other that uses a flexural vibration mode piezoelectric vibrator. Has been put to practical use.

【0003】前者は圧電振動子の端面を振動板に当接さ
せることにより圧力発生室の容積を変化させることがで
きて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電振動子をノズル開口の配列ピッチに一致させて
櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられ
た圧電振動子を圧力発生室に位置決めして固定する作業
が必要となり、製造工程が複雑であるという問題があ
る。
In the former method, the volume of the pressure generating chamber can be changed by bringing the end face of the piezoelectric vibrator into contact with the vibrating plate, so that a head suitable for high-density printing can be manufactured. A complicated process of cutting the piezoelectric vibrators into a comb-tooth shape in accordance with the arrangement pitch of the nozzle openings, and a work of positioning and fixing the separated piezoelectric vibrators in the pressure generating chambers, which complicates the manufacturing process. There is.

【0004】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電振動子を
作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する
関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困
難であるという問題がある。
On the other hand, in the latter, a piezoelectric vibrator can be formed on a diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of a pressure generating chamber and firing the green sheet. However, due to the use of flexural vibration, a certain area is required, and there is a problem that high-density arrangement is difficult.

【0005】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平5−286131号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電振動子を形成したものが提案
されている。
On the other hand, in order to solve the latter disadvantage of the recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-286131. A proposal has been made in which this piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chambers by lithography, and a piezoelectric vibrator is formed so as to be independent for each pressure generating chamber.

【0006】これによれば圧電振動子を振動板に貼付け
る作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、
かつ簡便な手法で圧電振動子を作り付けることができる
ばかりでなく、圧電振動子の厚みを薄くできて高速駆動
が可能になるという利点がある。なお、この場合、圧電
材料層は振動板の表面全体に設けたままで少なくとも上
電極のみを各圧力発生室毎に設けることにより、各圧力
発生室に対応する圧電振動子を駆動することができる。
[0006] According to this, the work of attaching the piezoelectric vibrator to the diaphragm is not required, and the precision of the lithography method is used.
In addition to the fact that the piezoelectric vibrator can be manufactured by a simple and simple method, there is an advantage that the thickness of the piezoelectric vibrator can be reduced and high-speed driving is possible. In this case, the piezoelectric vibrator corresponding to each pressure generating chamber can be driven by providing at least only the upper electrode for each pressure generating chamber while the piezoelectric material layer is provided on the entire surface of the vibration plate.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た薄膜技術およびリソグラフィ法による製造方法では、
薄膜のパターニング後に圧力発生室を形成するが、その
時点で振動板に初期変形が生じてしまい、結果的に、圧
電振動子の駆動の際に振動板の塑性域に入ってしまうと
いう問題がある。従って、駆動の際の変形量が実質的に
小さくなり、振動板の耐久性が低下するという問題があ
る。
However, in the above-described manufacturing method using the thin film technology and the lithography method,
A pressure generating chamber is formed after patterning of the thin film. At that point, the diaphragm undergoes initial deformation, and as a result, there is a problem that the piezoelectric vibrator enters a plastic region when the piezoelectric vibrator is driven. . Therefore, there is a problem that the amount of deformation during driving is substantially reduced, and the durability of the diaphragm is reduced.

【0008】本発明はこのような事情に鑑み、振動板の
初期変形を排除し、振動板の変形量の向上および振動板
の耐久性の向上を図ったインクジェット式記録ヘッドを
提供することを課題とする。
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide an ink jet recording head which eliminates initial deformation of a diaphragm, improves the amount of deformation of the diaphragm, and improves the durability of the diaphragm. And

【0009】[0009]

【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の
一部を構成して振動板として作用する弾性膜及び該弾性
膜上に設けられた下電極と、この下電極の上に形成され
た圧電体層及び該圧電体層の表面に形成された上電極か
らなり且つ前記圧力発生室に対向する領域に形成された
圧電体能動部とからなる圧電振動子を備えたインクジェ
ット式記録ヘッドにおいて、前記振動板は、少なくとも
前記圧電体能動部の幅方向両側に対応する領域に、前記
圧力発生室を形成する際に前記圧電体膜の内部応力によ
る当該振動板の変形を吸収する応力吸収部を有すること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an elastic film which constitutes a part of a pressure generating chamber which communicates with a nozzle opening and serves as a diaphragm, and a film on the elastic film. , A piezoelectric layer formed on the lower electrode, a piezoelectric layer formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the surface of the piezoelectric layer, and formed in a region facing the pressure generating chamber. In an ink jet recording head provided with a piezoelectric vibrator comprising an active portion, the vibration plate is formed when the pressure generating chamber is formed at least in regions corresponding to both widthwise sides of the piezoelectric active portion. An ink jet recording head has a stress absorbing portion for absorbing deformation of the diaphragm due to internal stress of the film.

【0010】かかる第1の態様では、応力吸収部によっ
て、圧力発生室を形成する際の振動板にかかる応力が吸
収され、圧電体能動部の駆動による振動板の変形量が向
上される。
In the first aspect, the stress applied to the diaphragm when the pressure generating chamber is formed is absorbed by the stress absorbing portion, and the amount of deformation of the diaphragm caused by driving the piezoelectric active portion is improved.

【0011】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記応力吸収部は、前記圧力発生室形成前に、前記
振動板が少なくともその主要部を含む面方向に交差する
方向に延びる段差部を含むことを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドにある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the stress absorbing portion extends in a direction intersecting a plane direction including at least a main portion of the vibration plate before forming the pressure generating chamber. An ink jet recording head including a stepped portion is provided.

【0012】かかる第2の態様では、段差部及びその近
傍が変形することにより、振動板にかかる応力が吸収さ
れる。
In the second aspect, the stress applied to the diaphragm is absorbed by the step portion and its vicinity being deformed.

【0013】本発明の第3の態様は、第2の態様におい
て、前記段差部が連続して複数設けられ、前記振動板に
凹凸形状を形成し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。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to the second aspect, wherein a plurality of the step portions are continuously provided, and the vibration plate has an uneven shape. is there.

【0014】かかる第3の態様では、複数の段差部及び
その近傍が変形することにより、効果的に振動板にかか
る応力が吸収される。
In the third aspect, the stress applied to the diaphragm is effectively absorbed by deforming the plurality of steps and the vicinity thereof.

【0015】本発明の第4の態様は、第2又は3の態様
において、前記応力吸収部は、前記圧力発生室の周縁部
の前記振動板と比較して前記圧電体能動部側に突出する
段差部を含むことを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドにある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, the stress absorbing portion projects toward the piezoelectric active portion side as compared with the diaphragm at the peripheral portion of the pressure generating chamber. An ink jet recording head including a stepped portion is provided.

【0016】かかる第4の態様では、圧電体能動部側に
突出した段差部は、その突出した端部が圧力発生室側に
変位することにより、振動板にかかる応力が吸収され
る。
In the fourth aspect, the stress applied to the diaphragm is absorbed by the stepped portion protruding toward the piezoelectric body active portion being displaced toward the pressure generating chamber.

【0017】本発明の第5の態様は、第2〜4の何れか
の態様において、前記応力吸収部は、前記圧力発生室の
周縁部の前記振動板と比較して前記圧力発生室側に突出
する段差部を含むことを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドにある。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the second to fourth aspects, the stress absorbing portion is closer to the pressure generating chamber than the diaphragm at the peripheral portion of the pressure generating chamber. An ink jet recording head is characterized in that it includes a projecting step.

【0018】かかる第5の態様では、圧力発生室側に突
出した段差部は、その突出した端部が圧電体能動部側に
変位することにより、振動板の変形が吸収される。
In the fifth aspect, the stepped portion protruding toward the pressure generating chamber absorbs the deformation of the diaphragm by displacing the protruding end toward the piezoelectric active portion.

【0019】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板
に異方性エッチングにより形成され、前記圧電振動子の
各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたもので
あることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching on a silicon single crystal substrate, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation. And an ink jet recording head formed by a lithography method.

【0020】かかる第6の態様では、高密度のノズル開
口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比
較的容易に製造することができる。
In the sixth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0021】[0021]

【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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on embodiments.

【0022】(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、平面図及びその1つの圧力発生室の長
手方向における断面構造を示す図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view and a cross section of one of the pressure generating chambers in the longitudinal direction. It is a figure showing a structure.

【0023】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、150〜3
00μm程度の厚さのものが用いられ、望ましくは18
0〜280μm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。
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, usually 150 to 3
A thickness of about 00 μm is used.
Those having a thickness of about 0 to 280 μm, more preferably about 220 μm are suitable. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.

【0024】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0.1〜2μmの弾性膜50が形成
されている。
One surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and the other surface is formed with a 0.1 to 2 μm thick elastic film 50 made of silicon dioxide formed by thermal oxidation in advance.

【0025】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、
ノズル開口11、圧力発生室12が形成されている。
On the other hand, a silicon single crystal substrate is anisotropically etched on the opening surface of the flow path forming substrate
A nozzle opening 11 and a pressure generating chamber 12 are formed.

【0026】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面
と、この第1の(111)面と約70度の角度をなし且
つ上記(110)面と約35度の角度をなす第2の(1
11)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1/1
80であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第1の(11
1)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。
Here, in the anisotropic etching, when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the substrate is gradually eroded, and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane are formed. A second (1) which forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane.
11) plane, and the etching rate of the (111) plane is about 1/1 compared to the etching rate of the (110) plane.
This is performed using the property of being 80.
By such anisotropic etching, two first (11
Precision processing can be performed based on depth processing of a parallelogram formed by the 1) plane and two oblique second (111) planes, and the pressure generating chambers 12 can be arranged at high density. it can.

【0027】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1
0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。なお、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。
In this 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 generating chamber 12 is provided on the flow path forming substrate 1.
It is formed by etching until it reaches the elastic film 50 almost through 0. The amount of the elastic film 50 that is attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small.

【0028】一方、各圧力発生室12の一端に連通する
各ノズル開口11は、圧力発生室12より幅狭で且つ浅
く形成されている。すなわち、ノズル開口11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。
On the other hand, each nozzle opening 11 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is formed narrower and shallower than the pressure generating chamber 12. That is, the nozzle opening 11 is formed by partially etching (half-etching) the silicon single crystal substrate in the thickness direction. In addition,
Half etching is performed by adjusting the etching time.

【0029】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11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11は数十μmの溝幅で精度よく形成する必要
がある。
Here, the size of the pressure generating chamber 12 for applying the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 11 for ejecting the ink droplet depend on the amount of the ejected ink droplet, the ejection speed, and the ejection frequency. Optimized. For example,
When recording 360 ink droplets per inch, the nozzle openings 11 need to be formed with a groove width of several tens of μm with high accuracy.

【0030】また、各圧力発生室12と後述する共通イ
ンク室31とは、後述する封止板20の各圧力発生室1
2の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク
供給連通口21を介して連通されており、インクはこの
インク供給連通口21を介して共通インク室31から供
給され、各圧力発生室12に分配される。
Further, each pressure generating chamber 12 and a common ink chamber 31 described later are connected to each pressure generating chamber 1 of the sealing plate 20 described later.
The ink is supplied from a common ink chamber 31 through the ink supply communication port 21 formed at a position corresponding to one end of the pressure generation chamber 12. Distributed to

【0031】封止板20は、前述の各圧力発生室12に
対応したインク供給連通口21が穿設された、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
スセラミックスからなる。なお、インク供給連通口21
は、図3(a),(b)に示すように、各圧力発生室1
2のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット
孔21Aでも、あるいは複数のスリット孔21Bであっ
てもよい。封止板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、封止板2
0は、他面で共通インク室31の一壁面を構成する。
The sealing plate 20 is provided with an ink supply communication port 21 corresponding to each of the pressure generating chambers 12 described above, and has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less. , For example, 2.5-4.5 [× 10 −6 / ° C.]. In addition, the ink supply communication port 21
Each of the pressure generating chambers 1 is, as shown in FIGS.
It may be one slit hole 21A crossing the vicinity of the second ink supply side end or a plurality of slit holes 21B. The sealing plate 20 is provided on one side with the flow path forming substrate 10.
, And also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impacts and external forces. Also, sealing plate 2
0 forms one wall surface of the common ink chamber 31 on the other surface.

【0032】共通インク室形成基板30は、共通インク
室31の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、イ
ンク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を
打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共
通インク室形成基板30の厚さは、0.2mmとしてい
る。
The common ink chamber forming substrate 30 forms the peripheral wall of the common ink chamber 31, and is formed by punching a stainless steel plate having an appropriate thickness according to the number of nozzles and the ink droplet ejection frequency. . In the present embodiment, the thickness of the common ink chamber forming substrate 30 is 0.2 mm.

【0033】インク室側板40は、ステンレス基板から
なり、一方の面で共通インク室31の一壁面を構成する
ものである。また、インク室側板40には、他方の面の
一部にハーフエッチングにより凹部40aを形成するこ
とにより薄肉壁41が形成され、さらに、外部からのイ
ンク供給を受けるインク導入口42が打抜き形成されて
いる。なお、薄肉壁41は、インク滴吐出の際に発生す
るノズル開口11と反対側へ向かう圧力を吸収するため
のもので、他の圧力発生室12に、共通インク室31を
経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
本実施形態では、インク導入口42と外部のインク供給
手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側
板40を0.2mmとし、その一部を厚さ0.02mm
の薄肉壁41としているが、ハーフエッチングによる薄
肉壁41の形成を省略するために、インク室側板40の
厚さを初めから0.02mmとしてもよい。
The ink chamber side plate 40 is made of a stainless steel substrate, and one surface of the ink chamber side plate 40 constitutes one wall surface of the common ink chamber 31. In the ink chamber side plate 40, a thin wall 41 is formed by forming a concave portion 40a by half etching on a part of the other surface, and an ink introduction port 42 for receiving ink supply from the outside is punched and formed. ing. The thin wall 41 is for absorbing pressure generated at the time of ink droplet ejection toward the side opposite to the nozzle opening 11, and is unnecessary for the other pressure generating chambers 12 via the common ink chamber 31. Prevents positive or negative pressure from being applied.
In the present embodiment, the ink chamber side plate 40 is made 0.2 mm in consideration of rigidity required at the time of connection between the ink introduction port 42 and an external ink supply means, and a part of the thickness is 0.02 mm.
The thickness of the ink chamber side plate 40 may be 0.02 mm from the beginning in order to omit the formation of the thin wall 41 by half etching.

【0034】一方、流路形成基板10の開口面とは反対
側の弾性膜50の上には、厚さが例えば、約0.5μm
の下電極膜60と、厚さが例えば、約1μmの圧電体膜
70と、厚さが例えば、約0.1μmの上電極膜80と
が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電振動子
(圧電素子)を構成している。このように、弾性膜50
の各圧力発生室12に対向する領域には、各圧力発生室
12毎に独立して圧電振動子が設けられており、本実施
形態では、下電極膜60は圧電振動子の共通電極とし、
上電極膜80を圧電振動子の個別電極としているが、駆
動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。ま
た、本実施形態では、圧電体膜70を各圧力発生室12
に対応して個別に設けたが、圧電体膜を全体に設け、上
電極膜80を各圧力発生室12に対応するように個別に
設けてもよい。何れの場合においても、各圧力発生室1
2毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
On the other hand, the thickness of the elastic film 50 on the opposite side of the opening surface of the flow path forming substrate 10 is, for example, about 0.5 μm.
A lower electrode film 60, a piezoelectric film 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are formed by lamination in a process to be described later. (Piezoelectric element). Thus, the elastic film 50
In the region facing each pressure generating chamber 12, a piezoelectric vibrator is provided independently for each pressure generating chamber 12, and in the present embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric vibrator.
Although the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric vibrator, there is no problem even if the upper electrode film 80 is reversed for convenience of a drive circuit and wiring. In the present embodiment, the piezoelectric film 70 is connected to each pressure generating chamber 12.
However, the piezoelectric film may be provided as a whole, and the upper electrode film 80 may be separately provided so as to correspond to each pressure generating chamber 12. In any case, each pressure generating chamber 1
That is, a piezoelectric active portion is formed every two.

【0035】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板10上に、圧電体膜70等を形成するプロセス
を図4を参照しながら説明する。
Here, a process for forming the piezoelectric film 70 and the like on the flow path forming substrate 10 made of a silicon single crystal substrate will be described with reference to FIG.

【0036】図4(a)に示すように、まず、流路形成
基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約110
0℃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。
As shown in FIG. 4A, first, a wafer of a silicon single crystal substrate serving as a flow path forming substrate 10 is
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form an elastic film 50 made of silicon dioxide.

【0037】次に、図4(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成する。下電極膜60の材料
としては、Pt等が好適である。これは、スパッタリン
グやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜70は、成
膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜100
0℃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70の材料は、このような
高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければなら
ず、殊に、圧電体膜70としてPZTを用いた場合に
は、PbOの拡散による導電性の変化が少ないことが望
ましく、これらの理由からPtが好適である。
Next, as shown in FIG. 4B, a lower electrode film 60 is formed by sputtering. Pt or the like is preferable as the material of the lower electrode film 60. This is because a piezoelectric film 70 to be described later, which is formed by sputtering or a sol-gel method, has a thickness of 600 to 100 in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation.
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 0 ° C. That is, the material of the lower electrode film 70 must be able to maintain conductivity at such a high temperature and in an oxidizing atmosphere. In particular, when PZT is used as the piezoelectric film 70, the conductivity of the material by diffusion of PbO is increased. It is desirable that there is little change in sex, and Pt is preferred for these reasons.

【0038】次に、図4(c)に示すように、圧電体膜
70を成膜する。この圧電体膜70の成膜にはスパッタ
リングを用いることもできるが、本実施形態では、金属
有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥
してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物
からなる圧電体膜70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を
用いている。圧電体膜70の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛(PZT)系の材料がインクジェット式記録
ヘッドに使用する場合には好適である。
Next, as shown in FIG. 4C, a piezoelectric film 70 is formed. The piezoelectric film 70 can be formed by sputtering, but in this embodiment, a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried and gelled, and further baked at a high temperature. A so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric film 70 made of an oxide is used. As a material for the piezoelectric film 70, a lead zirconate titanate (PZT) -based material is suitable when used in an ink jet recording head.

【0039】次に、図4(d)に示すように、上電極膜
80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料で
あればよく、Al、Au、Ni、Pt等の多くの金属
や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、P
tをスパッタリングにより成膜している。
Next, as shown in FIG. 4D, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 only needs to be a material having high conductivity, and many metals such as Al, Au, Ni, and Pt, and a conductive oxide can be used. In the present embodiment, P
t is formed by sputtering.

【0040】次に、図5に示すように、下電極膜60、
圧電体膜70及び上電極膜80をパターニングする。
Next, as shown in FIG.
The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned.

【0041】まず、図5(a)に示すように、下電極膜
60、圧電体膜70及び上電極膜80を一緒にエッチン
グして下電極膜60の全体パターンをパターニングす
る。次いで、図5(b)に示すように、圧電体膜70及
び上電極膜80のみをエッチングして圧電体能動部32
0のパターニングを行う。
First, as shown in FIG. 5A, the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80 are etched together to pattern the entire pattern of the lower electrode film 60. Next, as shown in FIG. 5B, only the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched to form the piezoelectric active portion 32.
0 patterning is performed.

【0042】以上説明したように、下電極膜60の全体
のパターンを形成後、圧電体能動部320をパターニン
グすることによりパターニングが完了する。
As described above, after the entire pattern of the lower electrode film 60 is formed, the patterning is completed by patterning the piezoelectric active portion 320.

【0043】以上のように、下電極膜60等をパターニ
ングした後には、好ましくは、各上電極膜80の上面の
少なくとも周縁、及び圧電体膜70および下電極膜60
の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層90を
形成する(図1参照)。
As described above, after patterning the lower electrode film 60 and the like, preferably, at least the periphery of the upper surface of each upper electrode film 80, and the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60 are preferably formed.
Is formed so as to cover the side surfaces of the substrate (see FIG. 1).

【0044】そして、絶縁体層90の各圧電体能動部3
20の一端部に対応する部分の上面を覆う部分の一部に
は後述するリード電極100と接続するために上電極膜
80の一部を露出させるコンタクトホール90aが形成
されている。そして、このコンタクトホール90aを介
して各上電極膜80に一端が接続し、また他端が接続端
子部に延びるリード電極100が形成されている。リー
ド電極100は、駆動信号を上電極膜80に確実に供給
できる程度に可及的に狭い幅となるように形成されてい
る。
The respective piezoelectric active portions 3 of the insulator layer 90
A contact hole 90a that exposes a part of the upper electrode film 80 for connecting to a lead electrode 100 described later is formed in a part of the part that covers the upper surface of the part corresponding to one end of 20. One end is connected to each upper electrode film 80 via the contact hole 90a, and the other end is formed with a lead electrode 100 extending to the connection terminal portion. The lead electrode 100 is formed so as to be as narrow as possible so as to reliably supply a drive signal to the upper electrode film 80.

【0045】このような絶縁体層の形成プロセスを図6
に示す。
FIG. 6 shows a process for forming such an insulator layer.
Shown in

【0046】まず、図6(a)に示すように、上電極膜
80の周縁部、圧電体膜70および下電極膜60の側面
を覆うように絶縁体層90を形成する。この絶縁体層9
0の好適な材料は上述した通りであるが、本実施形態で
はネガ型の感光性ポリイミドを用いている。
First, as shown in FIG. 6A, an insulator layer 90 is formed so as to cover the periphery of the upper electrode film 80 and the side surfaces of the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60. This insulator layer 9
The preferred material of 0 is as described above, but in this embodiment, a negative photosensitive polyimide is used.

【0047】次に、図6(b)に示すように、絶縁体層
90をパターニングすることにより、各圧力発生室12
のインク供給側の端部近傍に対応する部分にコンタクト
ホール90aを形成する。このコンタクトホール90a
は、リード電極100と上電極膜80との接続をするた
めのものである。なお、本実施形態では、コンタクトホ
ール90aは、圧力発生室12に対向する位置に設けら
れているが、圧電体膜70及び上電極膜80を圧力発生
室12の周壁上まで延設して、この周壁に対向する位置
にコンタクトホール90aを設けてもよい。
Next, as shown in FIG. 6B, by patterning the insulator layer 90, each of the pressure generating chambers 12 is formed.
A contact hole 90a is formed in a portion corresponding to the vicinity of the end on the ink supply side. This contact hole 90a
Is for connecting the lead electrode 100 and the upper electrode film 80. In the present embodiment, the contact hole 90a is provided at a position facing the pressure generating chamber 12, but the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are extended to the peripheral wall of the pressure generating chamber 12, A contact hole 90a may be provided at a position facing the peripheral wall.

【0048】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、図6(c)に示すように、前述
したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エ
ッチングを行い、圧力発生室12等を形成する。なお、
以上説明した一連の膜形成及び異方性エッチングは、一
枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス
終了後、図1に示すような一つのチップサイズの流路形
成基板10毎に分割する。また、分割した流路形成基板
10を、封止板20、共通インク室形成基板30、及び
インク室側板40と順次接着して一体化し、インクジェ
ット式記録ヘッドとする。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 6C, the silicon single crystal substrate is subjected to anisotropic etching with the above-described alkali solution to form the pressure generating chamber 12 and the like. In addition,
In the series of film formation and anisotropic etching described above, a number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after completion of the process, each of the flow path forming substrates 10 having one chip size as shown in FIG. To divide. Further, the divided flow path forming substrate 10 is sequentially adhered and integrated with the sealing plate 20, the common ink chamber forming substrate 30, and the ink chamber side plate 40 to form an ink jet recording head.

【0049】また、本実施形態では、弾性膜50に、圧
力発生室12を形成する際、圧電体膜70の内部応力に
よる弾性膜50及び下電極膜60の変形を吸収する応力
吸収部が設けられている。
In this embodiment, when the pressure generating chamber 12 is formed in the elastic film 50, a stress absorbing portion is provided to absorb the deformation of the elastic film 50 and the lower electrode film 60 due to the internal stress of the piezoelectric film 70. Have been.

【0050】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図を図7に示
す。
FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view showing a main part of such an ink jet recording head of this embodiment.

【0051】図7に示すように、本実施形態では、圧電
体膜70および上電極膜80からなる圧電体能動部32
0は、圧力発生室12に対向する領域に設けられてい
る。また、この圧電体能動部320に対応する領域の弾
性膜50には、他の部分よりも圧電体能動部320側に
突出された突出部51が設けられている。この突出部5
1は、圧力発生室12を形成する際に、圧力発生室12
側から一部を除去して凹部52を形成することにより、
他の部分の弾性膜50と略同一の厚さに形成される。本
実施形態では、この突出部51周縁の振動板の面方向に
交差する方向に延びる段差部53が、圧力発生室12を
形成する際、圧電体膜70の残留応力による弾性膜50
及び下電極膜60の変形を吸収する応力吸収部330と
なっている。
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the piezoelectric active portion 32 composed of the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 is used.
0 is provided in a region facing the pressure generating chamber 12. Further, the elastic film 50 in a region corresponding to the piezoelectric active portion 320 is provided with a protruding portion 51 protruding toward the piezoelectric active portion 320 from other portions. This protrusion 5
When forming the pressure generation chamber 12, the pressure generation chamber 12
By removing a part from the side to form the concave portion 52,
It is formed to have substantially the same thickness as the other portions of the elastic film 50. In this embodiment, when the pressure generating chamber 12 is formed, the step portion 53 extending in the direction intersecting the surface direction of the diaphragm at the periphery of the projecting portion 51 forms the elastic film 50 due to the residual stress of the piezoelectric film 70.
And a stress absorbing portion 330 for absorbing deformation of the lower electrode film 60.

【0052】このような応力吸収部330の形成方法
は、特に限定されないが、例えば、以下に示す方法で形
成することができる。
The method for forming such a stress absorbing portion 330 is not particularly limited, but can be formed, for example, by the following method.

【0053】図8は、応力吸収部330の形成方法を模
式的に示した図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a method of forming the stress absorbing portion 330. As shown in FIG.

【0054】図8(a)に示すように、まず、弾性膜5
0を所定の厚さの数倍程度の厚さで形成する。次に、図
8(b)に示すように、圧電体能動部320に対応する
領域以外の弾性膜50の一部をエッチング等により所定
の厚さまで除去することにより、圧電体能動部320に
対応する領域に他の部分の弾性膜50よりも膜厚な凸部
50aを形成する。その後は、上述の膜形成と同様に、
下電極膜60等を成膜した後、パターニングすることに
より圧電体能動部320を形成する。その後、図8
(c)に示すように、圧力発生室12を形成する際に、
圧力発生室12側から凸部50aに対応する部分の弾性
膜50の一部を他の部分の弾性膜50と略同一の厚さま
で除去して、凹部52を形成する。これにより、圧電体
能動部320に対応する領域の弾性膜50に突出部51
が形成され、本実施形態では、この突出部51周縁の段
差部53が応力吸収部330となる。
As shown in FIG. 8A, first, the elastic film 5
0 is formed with a thickness several times as large as a predetermined thickness. Next, as shown in FIG. 8B, a part of the elastic film 50 other than a region corresponding to the piezoelectric active part 320 is removed to a predetermined thickness by etching or the like, so that the piezoelectric active part 320 is removed. In the region to be formed, a convex portion 50a having a thickness greater than that of the other portion of the elastic film 50 is formed. After that, similar to the film formation described above,
After forming the lower electrode film 60 and the like, the piezoelectric active portion 320 is formed by patterning. Then, FIG.
As shown in (c), when forming the pressure generating chamber 12,
A part of the elastic film 50 corresponding to the convex part 50a is partially removed from the pressure generating chamber 12 side to substantially the same thickness as the other part of the elastic film 50 to form the concave part 52. As a result, the protrusion 51 is formed on the elastic film 50 in a region corresponding to the piezoelectric active portion 320.
In the present embodiment, the step portion 53 on the periphery of the protruding portion 51 becomes the stress absorbing portion 330.

【0055】また、このようにヘッドに圧力発生室12
を形成する際の弾性膜50及び下電極膜60の状態を図
9に模式的に示す。
Further, as described above, the pressure generating chamber 12 is attached to the head.
FIG. 9 schematically shows the state of the elastic film 50 and the lower electrode film 60 when forming the film.

【0056】圧力発生室12をエッチング等により形成
すると、弾性膜50及び下電極膜60は、上述したよう
に、圧電体膜70の内部応力により、下に凸に変形して
しまう。しかしながら、図9(a)に示すように、弾性
膜50に段差部53、すなわち、応力吸収部330を設
けた場合には、この段差部53が圧電体能動部320側
に引っ張られて、圧力発生室12側に変位することによ
り、弾性膜50及び下電極膜60にかかる応力が吸収さ
れる。したがって、弾性膜50及び下電極膜60には、
実質的に初期の弾性変形が残留することがない。
When the pressure generating chamber 12 is formed by etching or the like, the elastic film 50 and the lower electrode film 60 are deformed downward by the internal stress of the piezoelectric film 70 as described above. However, as shown in FIG. 9A, when the step 53, that is, the stress absorbing section 330 is provided on the elastic film 50, the step 53 is pulled toward the piezoelectric active section 320 and the pressure is reduced. The displacement applied to the generation chamber 12 absorbs the stress applied to the elastic film 50 and the lower electrode film 60. Therefore, the elastic film 50 and the lower electrode film 60 include
Substantially no initial elastic deformation remains.

【0057】一方、図9(b)に示すように、従来のよ
うに弾性膜50に段差部を設けない場合には、圧電体膜
70が有する引っ張り方向の力fにより、弾性膜50
及び下電極膜60は、膜全体にこの力fに対向する力
を受けるようになる。その結果、弾性膜50及び下
電極膜60は下に凸に変形し、これが初期変形として残
留してしまう。
Meanwhile, as shown in FIG. 9 (b), the case without the stepped portion on the elastic film 50 as in the prior art, the direction of the force f 1 tensile having the piezoelectric film 70, the elastic film 50
And the lower electrode film 60 will receive a force f 2 opposite to the force f 1 on the whole film. As a result, the elastic film 50 and the lower electrode film 60 are deformed convexly downward, and remain as initial deformation.

【0058】このように、本実施形態の構成によれば、
弾性膜50に設けられた段差部53、すなわち応力吸収
部330により、弾性膜50及び下電極膜60にかかる
応力が吸収されて、初期変形として残留することがな
い。したがって、圧電体能動部320の駆動による振動
板の変形量を向上することができ、インクの吐出特性を
良好な状態に保持することができる。また、耐久性も向
上することができる。
As described above, according to the configuration of the present embodiment,
The stress applied to the elastic film 50 and the lower electrode film 60 is absorbed by the step portion 53 provided in the elastic film 50, that is, the stress absorbing portion 330, and does not remain as initial deformation. Therefore, the amount of deformation of the diaphragm due to the driving of the piezoelectric active section 320 can be improved, and the ink ejection characteristics can be maintained in a good state. In addition, durability can be improved.

【0059】このように構成したインクジェットヘッド
は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導
入口42からインクを取り込み、共通インク室31から
ノズル開口11に至るまで内部をインクで満たした後、
図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、リー
ド電極100を介して下電極膜60と上電極膜80との
間に電圧を印加し、弾性膜50、下電極膜60及び圧電
体膜70をたわみ変形させることにより、圧力発生室1
2内の圧力が高まりノズル開口11からインク滴が吐出
する。
The ink jet head thus configured takes in ink from an ink inlet 42 connected to an external ink supply means (not shown), fills the interior from the common ink chamber 31 to the nozzle opening 11 with ink, and
In accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 via the lead electrode 100, and the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric film 70 The pressure generating chamber 1 is deformed by bending.
The pressure in 2 increases, and ink droplets are ejected from nozzle opening 11.

【0060】ここで、本実施形態の圧電体能動部の駆動
時の振動板に加わる力と弾性変形量との関係を図10
(a)に示す。図示するように、本実施形態では、応力
吸収部330の変形により応力が吸収され、初期段階で
振動板に弾性変形がないので、圧電体能動部の駆動時に
発生する力Fに対する変形Tが弾性変形域で生じること
になる。
FIG. 10 shows the relationship between the force applied to the diaphragm and the amount of elastic deformation when the piezoelectric active portion of this embodiment is driven.
(A). As shown in the figure, in the present embodiment, the stress is absorbed by the deformation of the stress absorbing portion 330, and the diaphragm does not undergo any elastic deformation at the initial stage. Therefore, the deformation T with respect to the force F generated when the piezoelectric active portion is driven is elastic. This will occur in the deformation zone.

【0061】一方、図10(b)に示すように、応力吸
収部330を設けない場合には、初期に振動板に加わっ
た力fにより、初期変形tが生じており、圧電体能動
部の駆動時に力Fが加ると、振動板が塑性変形領域に入
ってしまうので、この力Fに対応する変形Tは得られず
に変形T’が生じることになり、(T−T’)が変形の
損失となる。
[0061] On the other hand, as shown in FIG. 10 (b), the case without the stress absorbing portion 330, the force f 2 which joined the diaphragm initially, the initial deformation t has occurred, the piezoelectric active portion When the force F is applied at the time of driving, the diaphragm enters the plastic deformation region, so that the deformation T corresponding to the force F is not obtained, and the deformation T ′ occurs, and (TT ′) Is a loss of deformation.

【0062】(実施形態2)図11は、実施形態2に係
るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び
断面図である。
(Embodiment 2) FIG. 11 is a plan view and a sectional view showing a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 2.

【0063】本実施形態では、圧電体能動部320に対
応する領域の弾性膜50に他の部分の弾性膜50と比較
して、圧電体能動部320側に突出する突出部を設ける
代わりに、図11に示すように、圧力発生室12側に突
出する突出部51A設けるようにした。したがって、こ
の突出部51A周縁の段差部53Aが応力吸収部330
Aとなっている。
In the present embodiment, instead of providing the elastic film 50 in the region corresponding to the piezoelectric active portion 320 with a protrusion protruding toward the piezoelectric active portion 320 as compared with the elastic film 50 in the other portion, As shown in FIG. 11, a protruding portion 51A protruding toward the pressure generating chamber 12 is provided. Therefore, the step portion 53A on the periphery of the projecting portion 51A is formed by the stress absorbing portion 330.
A.

【0064】また、本実施形態では、圧力発生室12の
幅方向両側に対向した領域である圧電体能動部320の
両側のいわゆる振動板腕部に相当する部分に、下電極膜
60を除去した下電極膜除去部350を設け、圧電体能
動部320への電圧印加による変位量の向上を図ってい
る。この下電極膜除去部350は、下電極膜60を完全
に除去せずに、厚さ方向の一部をハーフエッチング等に
より除去することにより形成してもよく、また、弾性膜
50の厚さ方向の一部まで除去することにより形成して
もよい。
Further, in the present embodiment, the lower electrode film 60 is removed in a portion corresponding to a so-called diaphragm arm on both sides of the piezoelectric active portion 320, which is a region facing both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12. A lower electrode film removing section 350 is provided to improve the amount of displacement by applying a voltage to the piezoelectric body active section 320. The lower electrode film removing portion 350 may be formed by partially removing the lower electrode film 60 by half etching or the like without completely removing the lower electrode film 60. It may be formed by removing a part of the direction.

【0065】このような構成においても、実施形態1と
同様に、応力吸収部330Aの変形により、弾性膜50
及び下電極膜60にかかる応力が吸収されるため、圧電
体能動部320の駆動による振動板の変形量を向上する
ことができる。
In such a configuration, as in the first embodiment, the deformation of the stress absorbing portion 330A causes the elastic film 50 to be deformed.
In addition, since the stress applied to the lower electrode film 60 is absorbed, the amount of deformation of the diaphragm caused by driving the piezoelectric active section 320 can be improved.

【0066】(実施形態3)図12は、実施形態3に係
るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び
断面図である。
(Embodiment 3) FIGS. 12A and 12B are a plan view and a sectional view showing a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 3. FIG.

【0067】本実施形態では、上述の実施形態で示した
ように、圧電体能動部320に対応する領域の弾性膜5
0に突出部を設ける代わりに、図12に示すように、圧
電体能動部320の周囲に対応する領域の弾性膜50
に、全周に亘って溝部54を形成するようにした。した
がって、本実施形態では、この溝部54の幅方向両側
面、すなわち、弾性膜50の面方向に交差する方向に延
びる段差部53Bが応力吸収部330Bとなっている。
In the present embodiment, as described in the above embodiment, the elastic film 5 in the region corresponding to the piezoelectric active portion 320 is provided.
Instead of providing a protruding portion on the elastic film 50, as shown in FIG.
Then, the groove 54 is formed over the entire circumference. Therefore, in the present embodiment, both side surfaces in the width direction of the groove portion 54, that is, the step portion 53B extending in a direction intersecting the surface direction of the elastic film 50 is the stress absorbing portion 330B.

【0068】このような構成により、上述の実施形態と
同様に、圧力発生室12を形成する際、弾性膜50に形
成された溝部54の段差部53B、すなわち応力吸収部
330Bが変形することにより、弾性膜50及び下電極
膜60にかかる応力が吸収され、圧電体能動部320の
駆動による振動板の変形量を向上することができる。
With this configuration, as in the above-described embodiment, when forming the pressure generating chamber 12, the step 53B of the groove 54 formed in the elastic film 50, that is, the stress absorbing portion 330B is deformed. In addition, the stress applied to the elastic film 50 and the lower electrode film 60 is absorbed, and the amount of deformation of the diaphragm caused by driving the piezoelectric active unit 320 can be improved.

【0069】なお、本実施形態では、1本の溝部54を
形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、複
数本形成するようにしてもよい。また、溝部54を圧電
体能動部320の全周に亘って形成するようにしたが、
これに限定されず、少なくとも圧電体能動部320の幅
方向両側に対応する領域に形成すればよい。
In this embodiment, one groove 54 is formed. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of grooves 54 may be formed. Also, the groove 54 is formed over the entire circumference of the piezoelectric active portion 320,
The present invention is not limited to this, and may be formed at least in regions corresponding to both sides in the width direction of the piezoelectric active portion 320.

【0070】(他の実施形態)以上、本発明の各実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other Embodiments) The embodiments of the present invention have been described above, but the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to the above.

【0071】例えば、図13に示すように、圧電体能動
部320に対応する領域の弾性膜50に突出部51Cを
形成し、さらに、その突出部51C上の圧電体能動部3
20の周囲に複数の溝部54Aを形成してするようにし
てもよい。これにより、複数の段差部53C、すなわ
ち、応力吸収部330Cが設けられることになりより効
果的に、弾性膜50及び下電極膜60の変形を吸収する
ことができる。
For example, as shown in FIG. 13, a projection 51C is formed on the elastic film 50 in a region corresponding to the piezoelectric active section 320, and the piezoelectric active section 3 on the projection 51C is further formed.
A plurality of grooves 54 </ b> A may be formed around 20. Accordingly, the plurality of steps 53C, that is, the stress absorbing portions 330C are provided, so that the deformation of the elastic film 50 and the lower electrode film 60 can be more effectively absorbed.

【0072】また、例えば、上述した封止板20の他、
共通インク室形成板30をガラスセラミックス製として
もよく、さらには、薄肉膜41を別部材としてガラスセ
ラミックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由
である。
For example, in addition to the sealing plate 20 described above,
The common ink chamber forming plate 30 may be made of glass ceramic, and further, the thin film 41 may be made of glass ceramic as a separate member, and the material, structure and the like can be freely changed.

【0073】また、上述した実施形態では、ノズル開口
を流路形成基板10の端面に形成しているが、面に垂直
な方向に突出するノズル開口を形成してもよい。
In the above-described embodiment, the nozzle openings are formed on the end surface of the flow path forming substrate 10. However, the nozzle openings may be formed so as to project in a direction perpendicular to the surface.

【0074】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図14、その流路の断面を図15にぞれぞれ示す。こ
の実施形態では、ノズル開口11が圧電振動子とは反対
のノズル基板120に穿設され、これらノズル開口11
と圧力発生室12とを連通するノズル連通口22が、封
止板20,共通インク室形成板30及び薄肉板41A及
びインク室側板40Aを貫通するように配されている。
FIG. 14 is an exploded perspective view of the embodiment constructed as described above, and FIG. 15 is a sectional view of the flow path. In this embodiment, the nozzle openings 11 are drilled in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric vibrator, and these nozzle openings 11
A nozzle communication port 22 for communicating the pressure generating chamber 12 with the pressure generating chamber 12 is provided so as to penetrate the sealing plate 20, the common ink chamber forming plate 30, the thin plate 41A, and the ink chamber side plate 40A.

【0075】なお、本実施形態は、その他、薄肉板41
Aとインク室側板40Aとを別部材とし、インク室側板
40に開口40bを形成した以外は、基本的に上述した
実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略する。
In the present embodiment, the thin plate 41
A is basically the same as the above-described embodiment except that the ink chamber side plate 40A and the ink chamber side plate 40A are separate members, and the opening is formed in the ink chamber side plate 40. Is omitted.

【0076】ここで、この実施形態においても、上述し
た実施形態と同様に、応力吸収部を設けることにより、
圧力発生室の形成による弾性膜および下電極膜の変形を
低減または無くすことができ、振動板の変形量の向上及
び振動板の耐久性を向上することができる。
Here, also in this embodiment, similarly to the above-described embodiment, by providing a stress absorbing portion,
The deformation of the elastic film and the lower electrode film due to the formation of the pressure generating chamber can be reduced or eliminated, and the deformation amount of the diaphragm and the durability of the diaphragm can be improved.

【0077】また、勿論、共通インク室を流路形成基板
内に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも
同様に応用できる。
Further, needless to say, the present invention can be similarly applied to an ink jet recording head of a type in which a common ink chamber is formed in a flow path forming substrate.

【0078】また、以上説明した各実施形態は、成膜及
びリソグラフィプロセスを応用することにより製造でき
る薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、
勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積
層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシ
ートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を
形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成する
もの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本
発明を採用することができる。
In each of the embodiments described above, a thin-film type ink jet recording head which can be manufactured by applying a film forming and lithography process is described as an example.
Of course, the present invention is not limited to this. For example, a piezoelectric film is formed by laminating substrates to form a pressure generating chamber, or a piezoelectric film is formed by attaching a green sheet or by screen printing, or a piezoelectric film formed by crystal growth. The present invention can be applied to ink jet recording heads having various structures, such as those that form a recording medium.

【0079】さらに、上述した各実施形態では、振動板
として下電極膜とは別に弾性膜を設けたが、下電極膜が
弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the elastic film is provided separately from the lower electrode film as the diaphragm, but the lower electrode film may also serve as the elastic film.

【0080】また、圧電振動子とリード電極との間に絶
縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例
えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜
を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続した
り、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング
技術を用いて接続したりする構成としてもよい。
Further, the example in which the insulator layer is provided between the piezoelectric vibrator and the lead electrode has been described. However, the present invention is not limited to this. The conductive film may be thermally welded, and the anisotropic conductive film may be connected to the lead electrode, or may be connected using various bonding techniques such as wire bonding.

【0081】このように、本発明は、その趣旨に反しな
い限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。
As described above, the present invention can be applied to ink-jet recording heads having various structures, as long as the gist of the present invention is not contradicted.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
弾性膜に応力吸収部を設けることにより、圧力発生室を
形成する際に起こる振動板の変形を実質的に抑えること
ができる。したがって、圧電体能動部の駆動による振動
板の変形量の向上及び耐久性の向上を図ることができ
る。
As described above, according to the present invention,
By providing the stress absorbing portion in the elastic film, it is possible to substantially suppress deformation of the diaphragm that occurs when forming the pressure generating chamber. Therefore, the amount of deformation of the diaphragm and the durability can be improved by driving the piezoelectric active portion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す図であり、図1の平面図及び断面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention, showing the same.

【図3】図1の封止板の変形例を示す図である。FIG. 3 is a view showing a modification of the sealing plate of FIG. 1;

【図4】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図で
ある。
FIG. 6 is a view showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
FIGS. 7A and 7B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a main part of the inkjet recording head according to the first embodiment of the invention.

【図8】弾性膜の突出部の形成工程を示す図である。FIG. 8 is a view showing a step of forming a protrusion of the elastic film.

【図9】圧力発生室形成の際の振動板の状態を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing a state of a diaphragm at the time of forming a pressure generating chamber.

【図10】圧電体能動部の駆動時に、振動板に加わる力
と弾性変形量との関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the force applied to the diaphragm and the amount of elastic deformation when driving the piezoelectric active portion.

【図11】本発明の実施形態2に係るインクジェット式
記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
FIGS. 11A and 11B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a main part of an ink jet recording head according to a second embodiment of the invention.

【図12】本発明の実施形態3に係るインクジェット式
記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
12A and 12B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a main part of an inkjet recording head according to Embodiment 3 of the present invention.

【図13】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの要部を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a main part of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図14】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 14 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図15】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドを示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 11 ノズル開口 12 圧力発生室 50 弾性膜 51 突出部 52 凹部 53,53A,53B,53C 段差部 54 溝部 60 下電極膜 70 圧電体膜 80 上電極膜 90 絶縁体層 100 リード電極 320 圧電体能動部 330 応力吸収部 350 下電極膜除去部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 11 nozzle opening 12 pressure generating chamber 50 elastic film 51 projecting part 52 concave part 53, 53A, 53B, 53C step part 54 groove part 60 lower electrode film 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 90 insulator layer 100 lead electrode 320 Active part of piezoelectric element 330 Stress absorbing part 350 Lower electrode film removing part

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズル開口に連通する圧力発生室の一部
を構成して振動板として作用する弾性膜及び該弾性膜上
に設けられた下電極と、この下電極の上に形成された圧
電体層及び該圧電体層の表面に形成された上電極からな
り且つ前記圧力発生室に対向する領域に形成された圧電
体能動部とからなる圧電振動子を備えたインクジェット
式記録ヘッドにおいて、 前記振動板は、少なくとも前記圧電体能動部の幅方向両
側に対応する領域に、前記圧力発生室を形成する際に前
記圧電体層の内部応力による当該振動板の変形を吸収す
る応力吸収部を有することを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
An elastic film which constitutes a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and functions as a vibration plate, a lower electrode provided on the elastic film, and a piezoelectric formed on the lower electrode An ink jet recording head comprising a piezoelectric vibrator comprising a body layer and an upper electrode formed on the surface of the piezoelectric layer, and a piezoelectric active portion formed in a region facing the pressure generating chamber, The vibrating plate has a stress absorbing portion that absorbs deformation of the vibrating plate due to internal stress of the piezoelectric layer when forming the pressure generating chamber, at least in a region corresponding to both widthwise sides of the piezoelectric active portion. An ink jet recording head, characterized in that:
【請求項2】 請求項1において、前記応力吸収部は、
前記圧力発生室形成前に、前記振動板が少なくともその
主要部を含む面方向に交差する方向に延びる段差部を含
むことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. The method according to claim 1, wherein the stress absorbing portion includes:
An ink jet recording head according to claim 1, wherein before the pressure generating chamber is formed, the vibration plate includes a step portion extending in a direction intersecting a plane direction including at least a main portion thereof.
【請求項3】 請求項2において、前記段差部が連続し
て複数設けられ、前記振動板に凹凸形状を形成している
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein a plurality of the step portions are continuously provided, and the vibration plate has an uneven shape.
【請求項4】 請求項2又は3において、前記応力吸収
部は、前記圧力発生室の周縁部の前記振動板と比較して
前記圧電体能動部側に突出する段差部を含むことを特徴
とするインクジェット式記録ヘッド。
4. The stress absorbing portion according to claim 2, wherein the stress absorbing portion includes a step portion projecting toward the piezoelectric active portion side as compared with the vibration plate at a peripheral portion of the pressure generating chamber. Inkjet recording head.
【請求項5】 請求項2〜4の何れかにおいて、前記応
力吸収部は、前記圧力発生室の周縁部の前記振動板と比
較して前記圧力発生室側に突出する段差部を含むことを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
5. The pressure-absorbing member according to claim 2, wherein the stress absorbing portion includes a step portion protruding toward the pressure-generating chamber as compared with the diaphragm at a peripheral portion of the pressure-generating chamber. Characteristic inkjet recording head.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記圧
力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングによ
り形成され、前記圧電振動子の各層が成膜及びリソグラ
フィ法により形成されたものであることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。
6. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head, characterized in that:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006256317A (en) * 2005-02-17 2006-09-28 Brother Ind Ltd Piezoelectric actuator and liquid transferring apparatus

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