JPH11300971A - Ink jet recording head and ink jet recording apparatus - Google Patents

Ink jet recording head and ink jet recording apparatus

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JPH11300971A
JPH11300971A JP3887999A JP3887999A JPH11300971A JP H11300971 A JPH11300971 A JP H11300971A JP 3887999 A JP3887999 A JP 3887999A JP 3887999 A JP3887999 A JP 3887999A JP H11300971 A JPH11300971 A JP H11300971A
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ink jet
recording head
piezoelectric
pressure generating
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    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/11Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the deformation quantity and durability of a vibration plate by excluding the initial deformation of the vibration plate. SOLUTION: In an ink jet recording head equipped with a piezoelectric vibrator consisting of a vibration plate constituting a part of a pressure generation chamber 12 communicating with a nozzle orifice and formed so that at least the upper surface thereof acts as a lower electrode 60 and a piezoelectric element operating part 320 comprising the piezoelectric film 70 formed on the surface of the vibration plate and the upper electrode 80 formed on the surface of the piezoelectric film 70, the initial deformation of the vibration plate is surpressed by providing a recessed part 325 to the inside of the pressure generation chamber 12.

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, and a piezoelectric layer is formed on the surface of the 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 diaphragm, 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薄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 thin film 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。
[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 can be performed.

【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るので、いわゆる腕部に
応力が集中し、駆動の際の変位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。ま
た、振動板が塑性変形し、さらなる変位効率の低下、及
び耐久性の低下の虞もある。
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, initial deformation occurs in the diaphragm, so that stress is concentrated on the so-called arm portion, and the amount of displacement during driving is substantially reduced, and the durability of the diaphragm is reduced. There is a problem that the performance is reduced. In addition, the diaphragm may be plastically deformed, and the displacement efficiency and the durability may be further reduced.

【0008】また、駆動時の変位量を大きくするため
に、いわゆる腕部の下電極を除去する場合、腕部の下電
極を除去しない場合と比較して、初期変形量が2倍以上
もあるため、いわゆる腕部への応力の集中がさらに大き
くなり、上述した変位量の低下、変位効率の低下、及び
振動板の耐久性の低下の問題がさらに大きくなると共
に、振動板の塑性変形が発生する虞がさらに大きくな
る。
When the lower electrode of the arm is removed to increase the displacement during driving, the initial deformation is twice or more as compared with the case where the lower electrode of the arm is not removed. Therefore, the concentration of stress on the so-called arm portion is further increased, and the above-described problems of a decrease in the displacement amount, a decrease in the displacement efficiency, and a decrease in the durability of the diaphragm are further increased, and plastic deformation of the diaphragm occurs. There is a greater risk of doing so.

【0009】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, it is an object of the present invention 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

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第1の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室の
一部を構成して少なくとも上面が下電極として作用する
振動板と、該振動板の表面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る圧電体能動
部とからなる圧電振動子を備えるインクジェット式記録
ヘッドにおいて、前記振動板は、前記圧力発生室内側の
一部に凹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 a vibration plate which forms a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and at least an upper surface of which functions as a lower electrode. In an ink jet recording head including a piezoelectric vibrator including a piezoelectric layer formed on a surface of the vibration plate and a piezoelectric active portion including an upper electrode formed on the surface of the piezoelectric layer, the vibration plate includes: An ink jet recording head is characterized in that the ink jet recording head has a recess on a part of the pressure generating chamber.

【0011】かかる第1の態様では、凹部により、前記
振動板の初期変形が抑えられ、圧電体能動部の駆動によ
る排除体積の向上および振動板の耐久性の向上を図るこ
とができる。
According to the first aspect, the concave portion suppresses the initial deformation of the vibration plate, so that the volume removed by driving the piezoelectric active portion and the durability of the vibration plate can be improved.

【0012】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記凹部は、前記圧電体能動部の前記上電極に対向
する部分に設けられていることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドにある。
According to a second aspect of the present invention, in the ink jet recording head according to the first aspect, the concave portion is provided in a portion of the piezoelectric active portion facing the upper electrode. is there.

【0013】かかる第2の態様では、凹部は、上電極に
対向する領域に設けられて、圧力発生室形成の際の振動
板に生じる初期変形を抑える。
In the second aspect, the concave portion is provided in a region facing the upper electrode, and suppresses initial deformation that occurs on the diaphragm when the pressure generating chamber is formed.

【0014】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記凹部は、前記圧電体層が形成されていな
い部分には設けられていないことを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドにある。
According to a third aspect of the present invention, in the ink jet recording head according to the first or second aspect, the concave portion is not provided in a portion where the piezoelectric layer is not formed. is there.

【0015】かかる第3の態様では、圧電体層が設けら
れていない領域での振動板の強度低下が防止される。
According to the third aspect, the strength of the diaphragm is prevented from being reduced in a region where the piezoelectric layer is not provided.

【0016】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記凹部は、前記圧電体能動部の幅方
向略中央部に長手方向に亘って設けられていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the concave portion is provided at a substantially central portion in a width direction of the piezoelectric active portion in a longitudinal direction. The feature is the ink jet recording head.

【0017】かかる第4の態様では、凹部は、圧力発生
室形成の際に、振動板が基板から受ける、主に、圧電体
能動部の幅方向の力を緩和する。
In the fourth aspect, the concave portion relieves the force in the width direction of the piezoelectric active portion, which the diaphragm receives from the substrate when the pressure generating chamber is formed.

【0018】本発明の第5の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記凹部の幅は、前記圧電体能動部の
幅の0.5〜0.7倍であることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドにある。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the width of the recess is 0.5 to 0.7 times the width of the piezoelectric active portion. And an ink jet recording head.

【0019】かかる第5の態様では、振動板の耐久性を
低下させることなく、圧力発生室形成の際の振動板に生
じる初期変形を抑える。
In the fifth aspect, the initial deformation of the diaphragm during the formation of the pressure generating chamber is suppressed without reducing the durability of the diaphragm.

【0020】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記振動板が弾性膜とその上に設けら
れた下電極からなり、前記凹部の深さは、前記弾性膜の
厚さの0.5倍以上で、前記下電極の一部に到達するま
での範囲にあることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドにある。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the diaphragm comprises an elastic film and a lower electrode provided thereon, and the depth of the concave portion is The inkjet recording head is characterized in that the thickness is not less than 0.5 times the thickness of the film and reaches a part of the lower electrode.

【0021】かかる第6の態様では、効果的に圧力発生
室形成の際の振動板に生じる初期変形が抑えられる。
In the sixth aspect, the initial deformation of the diaphragm during the formation of the pressure generating chamber is effectively suppressed.

【0022】本発明の第7の態様は、第1〜6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にあ
る。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by a film formation. And an ink jet recording head formed by a lithography method.

【0023】かかる第7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 seventh aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0024】本発明の第8の態様は、第1〜7の何れか
の態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを
特徴とするインクジェット式記録装置にある。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to seventh aspects.

【0025】かかる第8の態様では、ヘッドの特性が向
上し、信頼性を向上したインクジェット式記録装置を実
現することができる。
According to the eighth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus having improved head characteristics and improved reliability.

【0026】[0026]

【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.

【0027】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す組立斜視図
であり、図2は、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 assembled perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and 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.

【0028】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 single crystal silicon 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.

【0029】流路形成基板10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0.1〜
2μmの弾性膜50,55が形成されている。また、流
路形成基板10の一方の面には、弾性膜55をパターニ
ングした後、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 both surfaces of the flow path forming substrate 10, a thickness of 0.1 to 0.1 made of silicon dioxide formed in advance by thermal oxidation.
The elastic films 50 and 55 of 2 μm are formed. The nozzle opening 11 and the pressure generating chamber 12 are formed on one surface of the flow path forming substrate 10 by patterning the elastic film 55 and then anisotropically etching the silicon single crystal substrate.

【0030】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面
と、この第1の(111)面と約70度の角度をなし且
つ上記(110)と約35度の角度をなす第2の(11
1)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1/18
0であるという性質を利用して行われるものである。か
かる異方性エッチングにより、二つの第1の(111)
面と斜めの二つの第2の(111)面とで形成される平
行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うこと
ができ、圧力発生室12を高密度に配列することができ
る。
Here, in the anisotropic etching, when the 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 The second (11) which forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110).
1) plane appears, and the etching rate of the (111) plane is about 1/18 as compared with the etching rate of the (110) plane.
This is performed using the property of being 0. By such anisotropic etching, two first (111)
Precision processing can be performed based on the depth processing of a parallelogram formed by two surfaces and two oblique second (111) surfaces, and the pressure generating chambers 12 can be arranged at high density.

【0031】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、後述するが、弾性膜50の一部までエ
ッチングすることにより形成されている。なお、弾性膜
50,55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.
0, and is formed by etching a part of the elastic film 50 as described later. The amount of the elastic films 50 and 55 affected by the alkali solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small.

【0032】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 to be 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.

【0033】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.

【0034】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。
Each of the pressure generating chambers 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

【0035】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2
1は、各圧力発生室12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でも、あるいは複数のスリット
孔であってもよい。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20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 to 4.5 [× 10 −6 / ° C.]. The ink supply communication port 2
Reference numeral 1 may be a single slit or a plurality of slits crossing the vicinity of the ink supply side end of each pressure generating chamber 12. The sealing plate 20 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 on one surface, and also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impact and external force. Also,
The sealing plate 20 forms one wall surface of the common ink chamber 31 on the other surface.

【0036】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 in accordance with 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.

【0037】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 thereof 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.

【0038】一方、流路形成基板10の圧力発生室12
とは反対側の弾性膜50の上には、厚さが例えば、約
0.5μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1μm
の圧電体膜70と、厚さが例えば、約0.1μmの上電
極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧
電振動子(圧電素子)を構成している。このように、弾
性膜50の各圧力発生室12に対向する領域には、各圧
力発生室12毎に独立して圧電振動子が設けられている
が、本実施形態では、下電極膜60は圧電振動子の共通
電極とし、上電極膜80を圧電振動子の個別電極として
いるが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障
はない。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12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 pressure generating chamber 12 of the flow path forming substrate 10
The lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.5 μm and a thickness of, for example, about 1 μm
The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are laminated and formed by a process described later to constitute a piezoelectric vibrator (piezoelectric element). As described above, in the region of the elastic film 50 facing each pressure generating chamber 12, a piezoelectric vibrator is provided independently for each pressure generating chamber 12, but in the present embodiment, the lower electrode film 60 is The upper electrode film 80 is used as a common electrode of the piezoelectric vibrator, and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric vibrator. In the present embodiment, the piezoelectric films 70 are individually provided corresponding to the respective pressure generating chambers 12. However, the piezoelectric films are provided entirely, and the upper electrode film 80 is provided corresponding to each of the pressure generating chambers 12. They may be provided individually. In any case, a piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber 12.

【0039】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板10上に、圧電体膜70等を形成するプロセス
を図3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.

【0040】図3(a)に示すように、まず、流路形成
基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約110
0℃の拡散炉で熱酸化して、流路形成基板10の両面に
二酸化シリコンからなる弾性膜50,55を一度に形成
する。また、本実施形態では、後述するように圧力発生
室12を所定形状に形成するために、弾性膜55を弾性
膜50よりも厚く形成している。
As shown in FIG. 3A, first, a silicon single crystal substrate wafer serving as the flow path forming substrate 10 is
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form elastic films 50 and 55 made of silicon dioxide on both surfaces of the flow path forming substrate 10 at one time. In the present embodiment, the elastic film 55 is formed to be thicker than the elastic film 50 in order to form the pressure generating chamber 12 into a predetermined shape as described later.

【0041】次に、図3(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成する。下電極膜60の材料
としては、Pt等が好適である。これは、スパッタリン
グやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜70は、成
膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜100
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. 3B, 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.

【0042】次に、図3(c)に示すように、圧電体膜
70を成膜する。この圧電体膜70の成膜にはスパッタ
リングを用いることもできるが、本実施形態では、金属
有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥
してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物
からなる圧電体膜70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を
用いている。圧電体膜70の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛(PZT)系の材料がインクジェット式記録
ヘッドに使用する場合には好適である。
Next, as shown in FIG. 3C, 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.

【0043】次に、図3(d)に示すように、上電極膜
80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料で
あればよく、Al、Au、Ni、Pt等の多くの金属
や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、P
tをスパッタリングにより成膜している。
Next, as shown in FIG. 3D, 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.

【0044】次に、図4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.

【0045】まず、図4(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4(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。次に、図4(c)に示すよう
に、各圧力発生室12(図4では圧力発生室12は形成
前であるが、破線で示す)の幅方向両側に対向した領域
である圧電体能動部320の両側の振動板の腕に相当す
る部分の下電極膜60を除去することにより、下電極膜
除去部350を形成する。このように下電極膜除去部3
50を設けることにより、圧電体能動部320への電圧
印加による変位量の向上を図るものである。なお、かか
る下電極膜除去部350は、下電極膜60の厚さ方向の
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。勿論、下電極膜除
去部350を全く設けなくてもよいことは言うまでもな
い。
First, as shown in FIG. 4A, 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. 4B, only the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched to
0 patterning is performed. Next, as shown in FIG. 4C, the piezoelectric active region is a region opposed to both sides in the width direction of each pressure generating chamber 12 (in FIG. 4, the pressure generating chamber 12 is before being formed, but is indicated by a broken line). By removing portions of the lower electrode film 60 corresponding to the arms of the diaphragm on both sides of the portion 320, a lower electrode film removing portion 350 is formed. Thus, the lower electrode film removing section 3
By providing 50, the amount of displacement due to application of a voltage to the piezoelectric body active section 320 is improved. Note that the lower electrode film removing portion 350 may be formed by removing a part of the lower electrode film 60 in the thickness direction by half etching or the like, or may be formed up to a part of the elastic film 50 in the thickness direction. It may be formed by removing. Of course, it goes without saying that the lower electrode film removing section 350 need not be provided at all.

【0046】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5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。その際、本実
施形態では、振動板の圧力発生室12側の圧電体能動部
320に対向する位置に、後述する凹部を形成してい
る。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 5, the silicon single crystal substrate is anisotropically etched with the above-described alkali solution to form the pressure generating chamber 12 and the like. At this time, in the present embodiment, a concave portion described later is formed at a position on the pressure generating chamber 12 side of the diaphragm facing the piezoelectric active portion 320.

【0047】まず、図5(a)に示すように、圧力発生
室12の形成位置に対応する部分の弾性膜55をパター
ニングし、開口部55a及び膜厚を相対的に薄くした段
差部55bを形成する。この開口部55aは、後述する
凹部に対応する部分、本実施形態では、圧電体能動部3
20に対向する部分に設けられ、また、段差部55b
は、開口部55aの周囲の圧力発生室12に対応する部
分に設けられる。なお、この段差部55aは、ハーフエ
ッチング等により形成すればよい。
First, as shown in FIG. 5A, a portion of the elastic film 55 corresponding to the position where the pressure generating chamber 12 is formed is patterned to form an opening 55a and a step 55b having a relatively thin film thickness. Form. The opening 55a is a portion corresponding to a concave portion described later, and in the present embodiment, the piezoelectric active portion 3
20 and a step 55b.
Is provided in a portion corresponding to the pressure generating chamber 12 around the opening 55a. Note that the step portion 55a may be formed by half etching or the like.

【0048】次いで、図5(b)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
チングを行う。このエッチングにより、最初に開口部5
5aの領域のシリコン単結晶基板が侵されて行くが、こ
れと共に周囲の段差部55bも侵される。したがって、
段差部55bは完全に除去され、段差部55bに覆われ
ていた部分のシリコン単結晶基板が、遅れて侵されてい
く。その後、開口部55aの領域のシリコン単結晶基板
が完全に除去されるが、段差部55bの領域のシリコン
単結晶基板が完全に除去されるまで、すなわち、圧力発
生室12が形成されるまでエッチングを続行する。結果
的に、開口部55aの領域の弾性膜50が侵され、凹部
325が形成される。
Next, as shown in FIG. 5B, anisotropic etching of the silicon single crystal substrate is performed using the above-described alkaline solution. With this etching, the opening 5
While the silicon single crystal substrate in the region 5a is attacked, the surrounding step 55b is also attacked. Therefore,
The step portion 55b is completely removed, and the portion of the silicon single crystal substrate covered by the step portion 55b is attacked with a delay. Thereafter, the silicon single crystal substrate in the region of the opening 55a is completely removed, but etching is performed until the silicon single crystal substrate in the region of the step 55b is completely removed, that is, until the pressure generating chamber 12 is formed. To continue. As a result, the elastic film 50 in the area of the opening 55a is eroded, and the recess 325 is formed.

【0049】このように形成される凹部325の深さ
は、段差部55bの厚さによって調節することができ
る。すなわち、段差部55bを厚く残すほど、凹部32
5は深く形成されることになる。また、本実施形態で
は、弾性膜55を上述のように弾性膜50よりも厚く形
成しているので、凹部325の深さを下電極膜60の一
部に到達する範囲で調節することができる。
The depth of the recess 325 thus formed can be adjusted by the thickness of the step 55b. That is, as the step portion 55b is left thicker, the concave portion 32
5 will be formed deeply. Further, in the present embodiment, since the elastic film 55 is formed thicker than the elastic film 50 as described above, the depth of the concave portion 325 can be adjusted within a range reaching a part of the lower electrode film 60. .

【0050】このように形成された凹部325と圧電体
能動部320及び圧力発生室12との位置関係を図6に
示す。なお、図6の(a)は平面図、(b)および
(c)はそれぞれ、そのB−B’線断面図、C−C’線
断面図である。
FIG. 6 shows the positional relationship among the thus formed concave portion 325, the piezoelectric active portion 320 and the pressure generating chamber 12. 6A is a plan view, and FIGS. 6B and 6C are a sectional view taken along line BB ′ and a line taken along line CC ′, respectively.

【0051】図示するように、本実施形態の凹部325
は、圧力発生室12に対向する領域の弾性膜50に、圧
電体能動部320の幅方向略中央部に長手方向に亘っ
て、圧電体能動部320の幅よりも狭い幅で形成されて
いる。また、凹部325の深さは、弾性膜50の厚さの
0.5倍以上になるように形成されている。
As shown in FIG.
Is formed on the elastic film 50 in a region opposed to the pressure generating chamber 12 at a substantially central portion in the width direction of the piezoelectric active portion 320 with a width smaller than the width of the piezoelectric active portion 320 over the longitudinal direction. . Further, the depth of the concave portion 325 is formed to be 0.5 times or more the thickness of the elastic film 50.

【0052】ここで、このように凹部325を形成した
ときの弾性膜50及び下電極膜60の変形について説明
する。図7は、弾性膜50及び下電極膜60の変形を模
式的に示した図である。
Here, the deformation of the elastic film 50 and the lower electrode film 60 when the recess 325 is formed as described above will be described. FIG. 7 is a diagram schematically illustrating deformation of the elastic film 50 and the lower electrode film 60.

【0053】図7(a)に示すように、圧電体膜70お
よび上電極膜80をパターニングした状態では、圧電体
膜70及び下電極膜60は収縮する方向の残留応力を有
し、また、弾性膜50は伸張する方向の残留応力を有し
ている。ここで、従来通り圧力発生室12を形成する
と、圧電体能動部320の曲げの中立面は下電極膜60
の厚さの半分よりもかなり下側の下層部に位置するた
め、圧電体能動部320は、図7(b)に示すように、
下に凸に変形し、大きな初期変形が生じる。
As shown in FIG. 7A, when the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned, the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60 have residual stress in the contracting direction. The elastic film 50 has a residual stress in the extending direction. Here, if the pressure generating chamber 12 is formed as before, the neutral surface of the bending of the piezoelectric active portion 320 is formed by the lower electrode film 60.
Since the piezoelectric active portion 320 is located in a lower layer portion which is considerably lower than half of the thickness of the piezoelectric member, as shown in FIG.
It deforms convexly downward, causing a large initial deformation.

【0054】これに対して、上述のように圧力発生室1
2を形成する際、振動板に凹部325を形成することに
より、曲げの中立面が上方、例えば、圧電体膜70内に
移動するため、圧電体能動部320は、図7(c)に示
すように、圧力発生室12の略中央部での変形量が低減
され、全体の初期変位量を小さく抑えることができる。
On the other hand, as described above, the pressure generating chamber 1
When forming the piezoelectric element 2, the concave portion 325 is formed in the diaphragm, so that the neutral plane of the bending moves upward, for example, into the piezoelectric film 70. As shown, the amount of deformation at the substantially central portion of the pressure generating chamber 12 is reduced, and the entire initial displacement can be kept small.

【0055】このような凹部325の大きさは、振動板
の初期変形を良好に低減するが、振動板の耐久性の低下
に大きく影響しないように設計する必要があり、深さ
は、弾性膜50の膜厚の0.5倍以上で下電極膜60の
一部に到達するまでの範囲、幅は、圧電体能動部320
の幅の0.5〜0.7倍の範囲であるのが好ましい。
Although the size of the concave portion 325 reduces the initial deformation of the diaphragm satisfactorily, it is necessary to design the concave portion 325 so as not to greatly affect the durability of the diaphragm. The range and width up to a part of the lower electrode film 60 with a thickness of 0.5 times or more of the film thickness of the 50
Is preferably in the range of 0.5 to 0.7 times the width of

【0056】何れにしても、このような凹部325の設
計は、圧電体膜70、下電極膜60、及び弾性膜50に
残留する内部応力、及び厚さ、並びに圧電体能動部32
0の幅、圧力発生室12の幅等に大きく依存するので、
これらを考慮して最適値を決定する必要がある。
In any case, the design of the concave portion 325 depends on the internal stress and thickness remaining in the piezoelectric film 70, the lower electrode film 60, and the elastic film 50, and the piezoelectric active portion 32.
0, the width of the pressure generating chamber 12, etc.
It is necessary to determine the optimum value in consideration of these.

【0057】このように、本発明では、圧力発生室12
の形成と同時に凹部325を形成することにより、圧電
体能動部320の曲げの中立面を上方に移動することが
でき、圧力発生室12を形成する際に起こる初期変位量
を低減することができる。したがって、駆動時の排除体
積を向上することができる。
As described above, according to the present invention, the pressure generating chamber 12
By forming the concave portion 325 at the same time as the formation of the pressure generating chamber 12, it is possible to move the bending neutral surface of the piezoelectric active portion 320 upward, thereby reducing the initial displacement amount generated when the pressure generating chamber 12 is formed. it can. Therefore, the excluded volume at the time of driving can be improved.

【0058】以上の説明では、圧電体能動部320の形
成後に、圧力発生室12を形成するようにしたが、実際
には、図2に示すように、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
し、さらに、絶縁体層90の各圧電体能動部320の一
端部に対応する部分の上面を覆う部分の一部にはリード
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を形成し、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を
形成した後に、圧力発生室12を形成するようにしても
よい。ここで、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
ように形成するのが好ましい。
In the above description, the pressure generating chamber 12 is formed after the formation of the piezoelectric active portion 320. However, in practice, as shown in FIG. And an insulating layer 90 having electrical insulation properties so as to cover the side surfaces of the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60, and further correspond to one end of each piezoelectric active portion 320 of the insulating layer 90. A contact hole 90a exposing a part of the upper electrode film 80 for connecting to the lead electrode 100 is formed in a part of the part covering the upper surface of the part, and one end is formed in each upper electrode film 80 through the contact hole 90a. The pressure generating chamber 12 may be formed after the lead electrodes 100 are connected and the other end is formed to extend to the connection terminal portion. Here, it is preferable that the lead electrode 100 be formed to have a width as narrow as possible so that a drive signal can be reliably supplied to the upper electrode film 80.

【0059】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の周壁に対向する位置に設け
られているが、圧電体能動部320を圧力発生室12に
対向する領域内にパターニングし、圧力発生室12に対
向する位置にコンタクトホール90aを設けてもよい。
In the present embodiment, the contact hole 90 a is provided at a position facing the peripheral wall of the pressure generating chamber 12. However, the piezoelectric active portion 320 is patterned in a region facing the pressure generating chamber 12. Alternatively, a contact hole 90a may be provided at a position facing the pressure generating chamber 12.

【0060】また、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。
In the above-described series of film formation and anisotropic etching, a large number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after the process is completed, a flow path of one chip size as shown in FIG. It is divided for each forming substrate 10. 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.

【0061】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.

【0062】(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.

【0063】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 the thin film 41 may be made of glass ceramic as a separate member. Changes are free.

【0064】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 to project in a direction perpendicular to the surface.

【0065】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図8、その流路の断面を図9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. 8 is an exploded perspective view of the embodiment constructed as described above, and FIG. 9 is a sectional view of the flow path. In this embodiment, the nozzle opening 11 is formed in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric vibrator, and the nozzle communication port 22 that connects the nozzle opening 11 and the pressure generating chamber 12 is formed with the sealing plate 20 and the common ink. It is arranged so as to penetrate the chamber forming plate 30, the thin plate 41A and the ink chamber side plate 40A.

【0066】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 this 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.

【0067】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、圧力発生室内側の振動板に凹部を
設けることにより、振動板の初期変形を抑えることがで
きる。
Here, also in this embodiment, as in the above-described embodiment, the initial deformation of the vibration plate can be suppressed by providing a concave portion on the vibration plate inside the pressure generating chamber.

【0068】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.

【0069】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.

【0070】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 vibration plate. However, the lower electrode film may also serve as the elastic film.

【0071】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.

【0072】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。また、これら各実施形態のインク
ジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通
するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を
構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図
10は、そのインクジェット式記録の一例を示す概略図
である。
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. Further, the ink jet recording head of each of the embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 10 is a schematic view showing an example of the ink jet recording.

【0073】図10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を吐出するものとしている。
As shown in FIG. 10, the recording head units 1A and 1B having ink jet recording heads are provided with detachable cartridges 2A and 2B constituting ink supply means, and are equipped with these recording head units 1A and 1B. The carriage 3 is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B respectively discharge, for example, a black ink composition.

【0074】そして、駆動モータ6の駆動力が図示しな
い複数の歯車及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3に沿っ
てプラテン8が設けられている。このプラテン8は図示
しない紙送りモータの駆動力により回転できるようにな
っており、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に巻き掛けられて
搬送されるようになっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage 3. The platen 8 can be rotated by the driving force of a paper feed motor (not shown), and a recording sheet S as a recording medium such as paper fed by a paper feed roller is wound around the platen 8 and conveyed. It has become so.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧力発生室内側の振動板に凹部を形成するようにしたの
で、振動板の初期変形が低減され、振動板の変位量を向
上することができる。また、振動板の腕部の応力集中が
抑えられ、耐久性が向上するという効果を奏する。
As described above, according to the present invention,
Since the concave portion is formed in the diaphragm on the pressure generating chamber side, the initial deformation of the diaphragm is reduced, and the displacement amount of the diaphragm can be improved. In addition, the effect of suppressing stress concentration on the arm portion of the diaphragm and improving the durability is achieved.

【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】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図で
ある。
FIG. 3 is a view showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【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の圧力発生室及び凹部の製
造工程を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a process of manufacturing a pressure generating chamber and a concave portion according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a main part of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図7】振動板の変形を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic view showing deformation of a diaphragm.

【図8】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 8 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図9】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. 9 is a cross-sectional view illustrating an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施形態に係るインクジェット式
記録装置の概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of an ink jet recording apparatus according to an 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 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 325 凹部 350 下電極除去部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 11 nozzle opening 12 pressure generating chamber 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 90 insulating layer 100 lead electrode 320 piezoelectric active portion 325 concave portion 350 lower electrode removing portion

Claims (8)

【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
を構成して少なくとも上面が下電極として作用する振動
板と、該振動板の表面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る圧電体能動部と
からなる圧電振動子を備えるインクジェット式記録ヘッ
ドにおいて、 前記振動板は、前記圧力発生室内側の一部に凹部を有す
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
1. A vibrating plate constituting a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and having at least an upper surface serving as a lower electrode, a piezoelectric layer formed on the surface of the vibrating plate, and a piezoelectric layer An ink jet recording head comprising a piezoelectric vibrator comprising a piezoelectric active portion comprising an upper electrode formed on a surface thereof, wherein the vibration plate has a concave portion in a part on the pressure generating chamber side. Type recording head.
【請求項2】 請求項1において、前記凹部は、前記圧
電体能動部の前記上電極に対向する部分に設けられてい
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the concave portion is provided in a portion of the piezoelectric active portion facing the upper electrode.
【請求項3】 請求項1又は2において、前記凹部は、
前記圧電体層が形成されていない部分には設けられてい
ないことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
3. The method according to claim 1, wherein the recess is
An ink jet recording head, wherein the ink jet recording head is not provided in a portion where the piezoelectric layer is not formed.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記凹
部は、前記圧電体能動部の幅方向略中央部に長手方向に
亘って設けられていることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the concave portion is provided at a substantially central portion in a width direction of the piezoelectric active portion in a longitudinal direction.
【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記凹
部の幅は、前記圧電体能動部の幅の0.5〜0.7倍で
あることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the width of the recess is 0.5 to 0.7 times the width of the piezoelectric active portion.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記振
動板が弾性膜とその上に設けられた下電極からなり、前
記凹部の深さは、前記弾性膜の厚さの0.5倍以上で、
前記下電極の一部に到達するまでの範囲にあることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッド。
6. The vibration plate according to claim 1, wherein the diaphragm comprises an elastic film and a lower electrode provided thereon, and the depth of the concave portion is 0.5% of the thickness of the elastic film. More than twice,
An ink jet recording head, which is located in a range up to a part of the lower electrode.
【請求項7】 請求項1〜6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。
7. 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:
【請求項8】 請求項1〜7の何れかのインクジェット
式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェッ
ト式記録装置。
8. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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