JPH11309858A - Ink jet recording head, driving method therefor and ink jet recorder - Google Patents

Ink jet recording head, driving method therefor and ink jet recorder

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JPH11309858A
JPH11309858A JP12076198A JP12076198A JPH11309858A JP H11309858 A JPH11309858 A JP H11309858A JP 12076198 A JP12076198 A JP 12076198A JP 12076198 A JP12076198 A JP 12076198A JP H11309858 A JPH11309858 A JP H11309858A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrode
piezoelectric
ink jet
recording head
jet recording
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Application number
JP12076198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kyu
Katsuto Shimada
勝人 島田
宏 邱
Original Assignee
Seiko Epson Corp
セイコーエプソン株式会社
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp, セイコーエプソン株式会社 filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP12076198A priority Critical patent/JPH11309858A/en
Publication of JPH11309858A publication Critical patent/JPH11309858A/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, e.g. INK-JET PRINTERS, THERMAL PRINTERS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14491Electrical connection

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance displacement efficiency of an elastic film by increasing displacement of a piezoelectric layer. SOLUTION: The ink jet recording head includes a piezoelectric oscillator comprising an elastic film forming a part of a pressure generating chamber 12 communicating with a nozzle opening, a lower electrode 60 arranged on the elastic film, and a piezoelectric layer 70 formed on the lower electrode 60 wherein any one of the upper or lower electrode 60, 80 constituting the piezoelectric oscillator 15 patterned in a region facing the pressure generating chamber 12 and a pair of second electrodes 81, 82 are arranged on the surface of the piezoelectric layer 70 constituting the piezoelectric oscillator on the opposite sides in the breadthwise direction of the patterned electrode thus increasing displacement of the piezoelectric layer.

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弾性膜で構
成し、この弾性膜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
記録ヘッド及びその駆動方法並びにインクジェット式記
録装置に関する。
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 ejecting ink droplets, which is constituted by an elastic film. The present invention relates to an ink jet recording head that discharges ink droplets by displacement of a layer, a driving method thereof, and an ink jet recording apparatus.

【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弾性膜で構成し、この弾性膜を圧
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 communicating with a nozzle opening for discharging ink droplets is formed of an elastic film, and this elastic film is deformed by a piezoelectric vibrator to pressurize ink in the pressure generating chamber to open the nozzle opening. There are two types of ink-jet recording heads that eject ink droplets from a piezoelectric vibrator, one that uses a piezoelectric vibrator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric vibrator, and one that uses a piezoelectric vibrator that flexes. Has been put to practical use.

【0003】前者は圧電振動子の端面を弾性膜に当接さ
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 an elastic film, 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弾性膜に圧電振動子を
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 an elastic film by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of the 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、弾性膜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 over the entire surface of the elastic film by a film forming technique 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弾性膜に貼付け
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
材料層は弾性膜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。
According to this, the work of attaching the piezoelectric vibrator to the elastic film becomes unnecessary, and the precision of the lithography method is eliminated.
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 elastic film.

【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、
圧電振動子の駆動の際、弾性膜の変形量が小さく、十分
な排除体積が得られないという問題がある。
However, in the above-described manufacturing method using the thin film technology and the lithography method,
When the piezoelectric vibrator is driven, there is a problem that the amount of deformation of the elastic film is small and a sufficient excluded volume cannot be obtained.

【0008】本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層
の変位量を増加させ、弾性膜の変位効率を向上したイン
クジェット式記録ヘッド及びその駆動方法並びにインク
ジェット式記録装置を提供することを課題とする。
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide an ink jet recording head, a method of driving the same, and an ink jet recording apparatus in which the amount of displacement of the piezoelectric layer is increased and the displacement efficiency of the elastic film is improved. 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
一部を構成する弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下電
極と、この下電極上に形成された圧電体層と、該圧電体
層の表面に形成された上電極とを有する圧電振動子を具
備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電
振動子を構成する前記下電極及び前記上電極の何れか一
方が前記圧力発生室に対向する領域にパターニングさ
れ、当該パターニングされた電極の幅方向両側で且つ当
該圧電振動子を構成する圧電体層表面に一対の第2の電
極を設けた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 for solving the above-mentioned problems, an elastic film constituting a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and a lower member provided on the elastic film are provided. The piezoelectric vibrator is configured in an ink jet recording head including an electrode, a piezoelectric vibrator having a piezoelectric layer formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the surface of the piezoelectric layer. One of the lower electrode and the upper electrode is patterned in a region facing the pressure generating chamber, and a pair of second electrodes is formed on both sides in the width direction of the patterned electrode and on the surface of the piezoelectric layer constituting the piezoelectric vibrator. An ink jet recording head is provided with two electrodes.

【0010】かかる第1の態様では、一対の第2の電極
を介して電界を印加することにより、圧電体層に幅方向
の引張応力を付与することができる。
In the first aspect, a tensile stress in the width direction can be applied to the piezoelectric layer by applying an electric field through the pair of second electrodes.

【0011】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記一対の第2の電極には、前記下電極及び前記上
電極への電圧印加とは別に、電圧を印加できることを特
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 first aspect, a voltage can be applied to the pair of second electrodes separately from the voltage application to the lower electrode and the upper electrode. Ink-jet recording head.

【0012】かかる第2の態様では、一対の第2の電極
間に電圧を印加することにより、圧電体層に幅方向の引
張応力を付与してインク吐出のための変形方向とは逆方
向に変形し、その後上電極及び下電極間に電圧を印加す
ることにより、インク吐出の際の圧電体層の変位量が増
加される。
In the second aspect, by applying a voltage between the pair of second electrodes, a tensile stress in the width direction is applied to the piezoelectric layer, so that the piezoelectric layer is deformed in a direction opposite to a deformation direction for discharging ink. By deforming and then applying a voltage between the upper electrode and the lower electrode, the displacement of the piezoelectric layer during ink ejection is increased.

【0013】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記一対の第2の電極は、前記圧電体層の幅
方向両側の端面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 third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the pair of second electrodes are provided on both end faces in the width direction of the piezoelectric layer. In the recording head.

【0014】かかる第3の態様では、一対の第2の電極
同士が相対向するため、圧電体層に面方向の電界を確実
に印加することができる。
In the third aspect, since the pair of second electrodes face each other, it is possible to reliably apply a planar electric field to the piezoelectric layer.

【0015】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記圧電振動子を構成する圧電体層
は、前記圧力発生室に対向する領域にパターニングさ
れ、且つ厚さ方向の少なくとも一部に、その幅が下から
上方に向かって徐々に狭くなるようにパターニングされ
た傾斜面を有し、前記一対の第2の電極は、前記傾斜面
上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 fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the piezoelectric layer constituting the piezoelectric vibrator is patterned in a region opposed to the pressure generating chamber and has a thickness. At least a part of the direction has an inclined surface patterned so that its width gradually narrows from below to above, and the pair of second electrodes are provided on the inclined surface. An ink jet recording head is characterized in that:

【0016】かかる第4の態様では、上電極のパターニ
ングの際に、一対の第2の電極を一緒にパターニングす
ることにより、容易に形成することができる。
In the fourth aspect, the upper electrode can be easily formed by patterning the pair of second electrodes together when patterning the upper electrode.

【0017】本発明の第5の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記圧電振動子を構成する少なくとも
前記圧電体層は、前記圧電振動子の長手方向の一端部か
ら前記圧力発生室に対向する領域外まで延設されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, at least the piezoelectric layer constituting the piezoelectric vibrator is configured such that at least one of the piezoelectric vibrators extends from one end in the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator. An ink jet recording head is provided so as to extend to an outside of a region facing the generation chamber.

【0018】かかる第5の態様では、圧力発生室の周壁
に対向する領域に、圧電体層と外部配線との接続部を形
成できる。
According to the fifth aspect, a connection portion between the piezoelectric layer and the external wiring can be formed in a region facing the peripheral wall of the pressure generating chamber.

【0019】本発明の第6の態様は、第5の態様におい
て、前記圧力発生室に対向する領域外まで延設された前
記圧電体層上には前記上電極が延設されていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the upper electrode is extended on the piezoelectric layer extending to an outside of a region facing the pressure generating chamber. The feature is the ink jet recording head.

【0020】かかる第6の態様では、延設された上電極
を介して外部配線と接続できる。
According to the sixth aspect, it is possible to connect to the external wiring via the extended upper electrode.

【0021】本発明の第7の態様は、第1〜6の何れか
の態様において、前記圧電振動子の上面にはリード電極
と前記上電極との接続を行うコンタクト部を有すること
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 seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, a contact portion for connecting a lead electrode and the upper electrode is provided on an upper surface of the piezoelectric vibrator. Ink-jet recording head.

【0022】かかる第7の態様では、圧電振動子への電
圧の印加はコンタクト部を介して行われる。
In the seventh aspect, the application of the voltage to the piezoelectric vibrator is performed through the contact portion.

【0023】本発明の第8の態様は、第1〜7の何れか
の態様において、前記圧電振動子の上面には絶縁体層が
形成され、リード電極と前記上電極との接続を行うコン
タクト部は、前記絶縁体層に形成されたコンタクトホー
ル内に形成されていることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドにある。
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, an insulator layer is formed on an upper surface of the piezoelectric vibrator, and a contact for connecting a lead electrode to the upper electrode is provided. The portion is formed in a contact hole formed in the insulator layer, in the ink jet recording head.

【0024】かかる第8の態様では、圧電振動子への電
圧の印加は絶縁体層を介して形成されたコンタクト部を
介して行われる。
In the eighth aspect, the application of the voltage to the piezoelectric vibrator is performed through the contact portion formed through the insulator layer.

【0025】本発明の第9の態様は、第1〜8の何れか
の態様において、前記流路形成基板がシリコン単結晶基
板からなり、前記圧力発生室が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 ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the flow path forming substrate is formed of a silicon single crystal substrate, and the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching. An ink jet recording head is characterized in that each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation and lithography.

【0026】かかる第9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。
According to the ninth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0027】本発明の第10の態様は、第1〜9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 a tenth 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 ninth aspects.

【0028】かかる第10の態様では、ヘッドの駆動効
率が向上され、インク吐出を良好に行うことができるイ
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 tenth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus in which the driving efficiency of the head is improved and the ink can be ejected favorably.

【0029】本発明の第11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する弾性膜上に設けられ
た圧電体層の厚さ方向上下側に設けた一対の電極に電圧
を印加することにより当該圧電体層をたわみ変形させて
前記圧力発生室内のインクに圧力を付与して前記ノズル
開口からインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド
の駆動方法において、前記圧電体層の幅方向両側に設け
た一対の第2の電極に電圧を印加する工程と、この後、
前記一対の電極に電圧を印加することにより前記圧力発
生室内のインクに圧力を付与するたわみ変形を前記圧電
体層に生じさせる工程とを具備することを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドの駆動方法にある。
According to an eleventh aspect of the present invention, a voltage is applied to a pair of electrodes provided on the upper and lower sides in the thickness direction of a piezoelectric layer provided on an elastic film constituting a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening. And applying a pressure to the ink in the pressure generating chamber to discharge the ink from the nozzle opening, thereby applying a pressure to the piezoelectric layer to deform the piezoelectric layer. A step of applying a voltage to a pair of second electrodes provided on both sides, and thereafter,
Applying a voltage to the pair of electrodes to apply a pressure to the ink in the pressure generating chamber to cause a flexural deformation in the piezoelectric layer. is there.

【0030】かかる第11の態様では、一対の第2の電
極間に電圧を印加することにより、圧電体層をインクに
圧力を付与するためのたわみ変形とは逆方向に変形させ
ることができ、排除体積を向上することができる。
[0030] In the eleventh aspect, by applying a voltage between the pair of second electrodes, the piezoelectric layer can be deformed in a direction opposite to the bending deformation for applying pressure to the ink, The excluded volume can be improved.

【0031】本発明の第12の態様は、第11の態様に
おいて、前記一対の第2の電極への電圧印加により、前
記圧電体層に幅方向に引張応力を付与することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にある。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, a tensile stress is applied to the piezoelectric layer in a width direction by applying a voltage to the pair of second electrodes. Drive method of the recording head.

【0032】かかる第12の態様では、前記圧電体層
は、幅方向の引張応力により、インク吐出のためのたわ
み変形とは逆方向に変形する。
In the twelfth aspect, the piezoelectric layer is deformed in the direction opposite to the bending deformation for discharging ink by the tensile stress in the width direction.

【0033】本発明の第13の態様は、第11又は12
の態様において、前記一対の第2の電極への電圧印加を
解除した後、前記一対の電極に電圧を印加することを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にあ
る。
The thirteenth aspect of the present invention is directed to the eleventh or twelfth aspect.
The method according to the above aspect, further comprising applying a voltage to the pair of electrodes after canceling the application of the voltage to the pair of second electrodes.

【0034】かかる第13の態様では、インク吐出のた
めのたわみ変形とは逆方向に変形した圧電体層に電圧を
印加してたわみ変形させるため、圧電体層の変位量が増
加される。
In the thirteenth aspect, since a voltage is applied to the piezoelectric layer deformed in the direction opposite to the bending deformation for discharging ink to bend and deform, the displacement of the piezoelectric layer is increased.

【0035】[0035]

【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.

【0036】(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、その平面図及び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, and FIG. 2 is a plan view thereof and a cross section in the longitudinal direction of one pressure generating chamber. It is a figure showing a structure.

【0037】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 formed of 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.

【0038】流路形成基板10の一方の面は開口面とな
り、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリ
コンからなる、厚さ1〜2μmの弾性膜50が形成され
ている。
One surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and the other surface is formed with an elastic film 50 having a thickness of 1 to 2 μm and made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation.

【0039】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.

【0040】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, it is gradually eroded and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane 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.

【0041】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.

【0042】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.

【0043】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.

【0044】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

【0045】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 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 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. In addition, the sealing plate 20
The other surface constitutes one wall surface of the common ink chamber 31.

【0046】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.

【0047】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.

【0048】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)300を構成している。ここで、圧電振動
子300は、下電極膜60、圧電体膜70、上電極膜8
0を含む部分をいう。一般的には、圧電振動子300の
何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電
体膜70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成
する。そして、ここではパターニングされた何れか一方
の電極及び圧電体膜70から構成され、両電極への電圧
の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部32
0という。本実施形態では、下電極膜60は圧電振動子
300の共通電極とし、上電極膜80を圧電振動子30
0の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこ
れを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各
圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることにな
る。なお、上述した例では、弾性膜50及び下電極膜6
0が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ね
るようにしてもよい。
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) 300 is constituted. Here, the piezoelectric vibrator 300 includes the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 8.
Refers to the portion containing 0. Generally, one of the electrodes of the piezoelectric vibrator 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric film 70 are patterned for each of the pressure generating chambers 12. In this case, the piezoelectric active layer 32 is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric film 70, and a portion where the piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is formed.
It is called 0. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric vibrator 300, and the upper electrode film 80 is the piezoelectric vibrator 30.
Although the number of the individual electrodes is 0, there is no problem even if this is reversed for convenience of the drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. In the example described above, the elastic film 50 and the lower electrode film 6
Although 0 functions as a diaphragm, the lower electrode film may also serve as an elastic film.

【0049】また、詳しくは後述するが、本実施形態で
は、各圧電体能動部320に対応する領域の上電極膜8
0の両側には、上電極膜80と同様の層から形成される
が、それぞれ独立した一対の第2の電極膜81,82が
並設されている。
As will be described later in detail, in the present embodiment, the upper electrode film 8 corresponding to each piezoelectric active portion 320 is formed.
On both sides of 0, the upper electrode film 80 is formed of the same layer, but a pair of independent second electrode films 81 and 82 are provided in parallel.

【0050】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 of forming the piezoelectric film 70 and the like on the flow path forming substrate 10 made of a silicon single crystal substrate will be described with reference to FIG.

【0051】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 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 an elastic film 50 made of silicon dioxide.

【0052】次に、図4(b)に示すように、スパッタ
リングによって、下電極膜60を弾性膜50の表面形状
に沿って一様に形成する。下電極膜60の材料として
は、Pt等が好適である。これは、スパッタリングやゾ
ル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜70は、成膜後に
大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜1000℃程
度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからであ
る。すなわち、下電極膜60の材料は、このような高
温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、
殊に、圧電体膜70としてPZTを用いた場合には、P
bO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, the lower electrode film 60 is formed uniformly along the surface shape of the elastic film 50 by sputtering. Pt or the like is preferable as the material of the lower electrode film 60. This is because the piezoelectric film 70 described below, which is formed by sputtering or a sol-gel method, needs to be crystallized by baking at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. It is. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity under such high temperature and oxidizing atmosphere.
In particular, when PZT is used for the piezoelectric film 70, PZT
It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of bO is small, and Pt is preferable for these reasons.

【0053】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.

【0054】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.

【0055】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等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.

【0056】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、圧力発生室12
に対向する領域のみに圧電体能動部320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 pressure generating chamber 12.
The patterning of the piezoelectric body active portion 320 is performed only in the region opposed to.

【0057】次いで、図5(c)に示すように、各圧電
体能動部320に対する部分の上電極膜80のみをパタ
ーニングして、長手方向に亘って上電極膜80を除去し
た二本の溝部83を形成することにより、上電極膜80
の幅方向両側に第2の電極膜81,82を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, only the upper electrode film 80 corresponding to each piezoelectric active portion 320 is patterned to remove the upper electrode film 80 in the longitudinal direction. The formation of the upper electrode film 80
The second electrode films 81 and 82 are formed on both sides in the width direction.

【0058】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及び第2
の電極膜81,82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)。絶
縁体層90は、成膜法による形成やまたエッチングによ
る整形が可能な材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコ
ン、有機材料、好ましくは剛性が低く、且つ電気絶縁性
に優れた感光性ポリイミドで形成するのが好ましい。
After patterning the lower electrode film 60 and the like as described above, preferably, the upper electrode film 80 and the second
An insulator layer 90 having electrical insulation is formed so as to cover at least the periphery of the upper surfaces of the electrode films 81 and 82 and the side surfaces of the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60 (see FIG. 1). The insulator layer 90 is formed of a material that can be formed by a film formation method or shaped by etching, for example, silicon oxide, silicon nitride, or an organic material, preferably photosensitive polyimide having low rigidity and excellent electrical insulation. Is preferred.

【0059】そして、絶縁体層90の各上電極膜80の
それぞれ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。
A part of the insulator layer 90 which covers the upper surface of a portion corresponding to one end of each of the upper electrode films 80 includes a part of the upper electrode film 80 for connection with a lead electrode 100 described later. A contact hole 90a exposing a portion is formed. Then, this contact hole 90a
A lead electrode 100 having one end connected to each upper electrode film 80 and the other end extending to the connection terminal portion is formed.
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.

【0060】また、第2の電極膜81及び82も、上電
極膜80の場合と同様に、それぞれの一端部に対応する
部分の絶縁体層90にコンタクトホール90b及び90
cが形成されている。そして、このコンタクトホール9
0b及び90cを介して、別々にリード電極100A及
び100Bが形成されている。
Also, as in the case of the upper electrode film 80, the second electrode films 81 and 82 also have contact holes 90b and 90b in the portions of the insulator layer 90 corresponding to one ends thereof.
c is formed. And this contact hole 9
Lead electrodes 100A and 100B are separately formed via Ob and 90c.

【0061】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

【0062】まず、図6(a)に示すように、上電極膜
80、第2の電極膜81,82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90の好適な材料は上述した通
りであるが、本実施形態ではネガ型の感光性ポリイミド
を用いている。
First, as shown in FIG. 6 (a), the upper electrode film 80, the peripheral portions of the second electrode films 81 and 82, the piezoelectric film 70
Then, an insulator layer 90 is formed so as to cover the side surface of the lower electrode film 60. Suitable materials for the insulator layer 90 are as described above, but in the present embodiment, a negative photosensitive polyimide is used.

【0063】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、各上電極膜80及
び第2の電極膜81,82の圧力発生室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90
a,90b,90cを形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, by patterning the insulator layer 90, each of the upper electrode film 80 and the second electrode films 81 and 82 on the ink supply side of the pressure generating chamber 12 is formed. A contact hole 90 is formed in a portion corresponding to the vicinity of the end.
a, 90b and 90c are formed.

【0064】なお、コンタクトホール90a,90b,
90cは、圧力発生室12の圧電体能動部320に対応
する部分に設ければよく、例えば、中央部やノズル側端
部に設けてもよい。また、本実施形態では、圧電振動子
を圧力発生室12に対向する領域に設けたが、これに限
定されず、例えば、圧電体膜及び上電極膜を圧力発生室
12の周壁に対向する領域まで延設してもよい。
The contact holes 90a, 90b,
90c may be provided at a portion corresponding to the piezoelectric active portion 320 of the pressure generating chamber 12, and may be provided at, for example, a central portion or a nozzle-side end portion. Further, in the present embodiment, the piezoelectric vibrator is provided in the region facing the pressure generating chamber 12, but is not limited thereto. For example, the piezoelectric film and the upper electrode film may be provided in the region facing the peripheral wall of the pressure generating chamber 12. It may be extended up to.

【0065】次に、例えば、Cr−Auなどの導電体を
全面に成膜した後、パターニングすることにより、リー
ド電極100等を形成する。
Next, for example, a lead such as Cr-Au is formed on the entire surface and then patterned to form the lead electrode 100 and the like.

【0066】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.

【0067】このように形成されたインクジェット式記
録ヘッドの要部平面及び断面を図7に示す。
FIG. 7 shows a plan view and a cross section of the main part of the ink jet recording head thus formed.

【0068】本実施形態では、図7に示すように、圧電
体膜70および上電極膜80等を有する圧電振動子30
0は、基本的に圧力発生室12に対向する領域内に設け
られ、圧電体能動部320を形成している。また、各圧
電体能動部320に対応する部分の圧電体膜70上に、
上電極膜80とその幅方向両側に溝部83を介して第2
の電極膜81、82とが並設されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, a piezoelectric vibrator 30 having a piezoelectric film 70, an upper electrode film 80 and the like is provided.
0 is basically provided in a region facing the pressure generating chamber 12 and forms the piezoelectric active portion 320. Further, on the piezoelectric film 70 at a portion corresponding to each piezoelectric active portion 320,
The upper electrode film 80 and the second side through the groove 83 on both sides in the width direction are formed.
Of electrode films 81 and 82 are arranged in parallel.

【0069】また、上述のように、各上電極膜80及び
第2の電極膜81,82の長手方向一端部近傍の絶縁体
層90には、それぞれコンタクトホール90a、90
b,90cが形成されて、別々のリード電極100,1
00A,100Bと接続されている。また、本実施形態
では、下電極膜60上の絶縁体層90にもコンタクトホ
ール90dが設けられており、上電極膜80同様、コン
タクトホール90d内でリード電極100Cと接続され
ている。
As described above, the contact holes 90a, 90a are formed in the insulator layer 90 near one end in the longitudinal direction of each of the upper electrode film 80 and the second electrode films 81, 82, respectively.
b, 90c are formed and separate lead electrodes 100, 1
00A and 100B. In the present embodiment, a contact hole 90d is also provided in the insulator layer 90 on the lower electrode film 60, and is connected to the lead electrode 100C in the contact hole 90d like the upper electrode film 80.

【0070】ここで、本発明のインクジェット式記録ヘ
ッドの駆動方法について説明する。
Here, a method of driving the ink jet recording head of the present invention will be described.

【0071】図8は、本発明の実施形態1に係る圧電体
能動部に印加する時間と電圧との関係の一例を示したグ
ラフである。
FIG. 8 is a graph showing an example of the relationship between time and voltage applied to the piezoelectric active portion according to the first embodiment of the present invention.

【0072】まず、リード電極100A,100Bを介
して上電極膜80の両側の第2の電極膜81、82の間
に、所定電圧、例えば、図8に示すように、インク吐出
のための電圧V2の略半分程度の電圧V1で、圧電体膜7
0に電界を印加する。これにより、圧電体膜70には引
張応力が生じ、この引張応力によりインク吐出のための
たわみ変形とは逆方向に多少変形する。
First, a predetermined voltage, for example, as shown in FIG. 8, a voltage for discharging ink is applied between the second electrode films 81 and 82 on both sides of the upper electrode film 80 via the lead electrodes 100A and 100B. stands about half of the voltage V 1 of the V 2, the piezoelectric film 7
An electric field is applied to zero. As a result, a tensile stress is generated in the piezoelectric film 70, and the piezoelectric film 70 is slightly deformed in a direction opposite to the bending deformation for discharging the ink.

【0073】次いで、インク吐出のタイミングで、引張
応力を与えている電圧V1を切り、それとほぼ同時に上
電極膜80と下電極膜60との間にインク吐出のための
所定電圧V2で、圧電体膜70に電界を印加する(図中
1)。これにより、圧電体膜70は下に凸にたわみ変
形が生じ、この変形と共に振動板が変形されてインクが
吐出される。
Next, at the timing of ink ejection, the voltage V 1 for applying a tensile stress is cut off, and at about the same time, a predetermined voltage V 2 for ink ejection is applied between the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60. An electric field is applied to the piezoelectric film 70 (t 1 in the figure). As a result, the piezoelectric film 70 is bent downward and convexly, and the diaphragm is deformed along with this deformation, and ink is ejected.

【0074】このように、第2の電極膜81及び82の
間に所定電圧を印加した後、上電極膜80と下電極膜6
0との間に電圧を印加することによって、圧電体膜70
の変形量を増加することができる。
After a predetermined voltage is applied between the second electrode films 81 and 82, the upper electrode film 80 and the lower electrode film 6
0, the piezoelectric film 70
Can be increased.

【0075】ここで、圧電体膜の変形量が増加する原理
について説明する。
Here, the principle that the amount of deformation of the piezoelectric film increases will be described.

【0076】図9は、P−Vヒステリシスループの一例
を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing an example of the PV hysteresis loop.

【0077】圧電体膜70として用いられるPZTは、
厚さ方向(縦方向)に電圧を印加すると分極が縦を向
く、すなわち圧縮応力となり、一方、面方向(横方向)
に電圧を印加すると分極が横を向く、すなわち引張応力
となるという性質を有する。
The PZT used as the piezoelectric film 70 is
When a voltage is applied in the thickness direction (vertical direction), the polarization is oriented vertically, that is, becomes a compressive stress.
Has the property that when a voltage is applied, the polarization is turned sideways, that is, it becomes a tensile stress.

【0078】また、図9に示すように、引張応力の分極
の方が圧縮応力の分極よりも小さい値であることが分か
る。
Further, as shown in FIG. 9, it can be seen that the polarization of the tensile stress is smaller than the polarization of the compression stress.

【0079】さらに、圧電体膜70の変形量は、電圧
(V)0Vから所定電圧まで印加したときの分極(P)
変化量に正の相関がある。例えば、図9の引張応力のヒ
ステリシスループでは、電圧(V)0Vから所定電圧V
3まで印加したときの分極(P)変化量は、P3−P0
ある。
Further, the deformation amount of the piezoelectric film 70 is determined by the polarization (P) when the voltage (V) is applied from 0 V to a predetermined voltage.
The amount of change has a positive correlation. For example, in the hysteresis loop of the tensile stress in FIG.
Polarization (P) the amount of change upon application to 3 is P 3 -P 0.

【0080】これらの特性を利用し、インク吐出のため
の電圧が0Vの時には、第2の電極膜81及び82の間
に電圧を印加して圧電体膜70に引張応力を与えること
により、圧縮応力の場合の分極量P1よりも小さい分極
量P0に抑えておく。そして、インク吐出のために上電
極膜80と下電極膜60との間に電圧V3を印加するこ
とにより、圧電体膜70に圧縮応力を与えて、引張応力
の場合の分極量P3よりも大きい分極量P4とすることに
より分極変化量はP4−P0となる。すなわち、圧電体膜
70に引張応力を与えていない場合の分極変化量P3
0よりも大きい値となる。したがって、分極変位量に
正の相関にある圧電体膜70の変位量も増加する。
By utilizing these characteristics, when the voltage for ink ejection is 0 V, a voltage is applied between the second electrode films 81 and 82 to apply a tensile stress to the piezoelectric film 70, thereby compressing the piezoelectric film 70. It should be kept to a small amount of polarization P 0 than the amount of polarization P 1 in the case of stress. Then, by applying a voltage V 3 between the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60 for ink ejection, a compressive stress is applied to the piezoelectric film 70, and the polarization amount P 3 in the case of a tensile stress is applied. By setting the polarization amount P 4 to be larger, the polarization change amount becomes P 4 −P 0 . That is, the polarization change amount P 3 − when no tensile stress is applied to the piezoelectric film 70.
This value is larger than P 0 . Therefore, the displacement of the piezoelectric film 70 which is positively correlated with the polarization displacement also increases.

【0081】このように、圧電振動子300に対応する
領域の圧電体膜70上に幅方向にそれぞれ独立した上電
極膜80及びその両側に第2の電極膜81,82を設
け、第2の電極膜81及び82の間に電圧を印加して、
圧電体膜70に引張応力を与えた後、上電極膜80と下
電極膜60との間に電圧を印加することにより、圧電体
膜70の変形量を大きくすることができ、振動板の変位
量が増加、すなわち変位効率を向上することができる。
As described above, on the piezoelectric film 70 in the region corresponding to the piezoelectric vibrator 300, the upper electrode film 80 which is independent in the width direction and the second electrode films 81 and 82 are provided on both sides thereof. By applying a voltage between the electrode films 81 and 82,
By applying a voltage between the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60 after applying a tensile stress to the piezoelectric film 70, the amount of deformation of the piezoelectric film 70 can be increased, and the displacement of the diaphragm can be increased. The amount can be increased, that is, the displacement efficiency can be improved.

【0082】また、駆動方法は上述したものに限定され
ない。例えば、第2の電極膜81及び82に電圧を印加
することにより圧電体膜70を吐出方向とは反対方向に
変形させた後、電圧を解除することにより圧電体膜70
を吐出方向に変形させ、これによりインク滴を吐出する
こともできる。この場合のインク滴は、上電極膜80及
び下電極膜60に電圧を印加することにより吐出させる
インク滴より相対的に小さい。したがって、第2の電極
膜81及び82間に電圧を印加する場合と、上電極膜8
0及び下電極膜60間に電圧を印加することのみでイン
クを吐出する場合と、さらには、第2の電極膜81及び
82間と上電極膜80及び下電極膜60間との両方を上
述したように連係して電圧を印加する場合とで、大きさ
の異なるインク滴を打ち分けることができる。なお、こ
の場合のインク滴の大きさは、上電極膜80及び第2の
電極膜81,82の大きさ、あるいは駆動波形の変更等
によって変化させることができる。
The driving method is not limited to the above. For example, by applying a voltage to the second electrode films 81 and 82 to deform the piezoelectric film 70 in a direction opposite to the ejection direction, and then releasing the voltage, the piezoelectric film 70 is released.
Can be deformed in the ejection direction, thereby ejecting ink droplets. In this case, the ink droplet is relatively smaller than the ink droplet ejected by applying a voltage to the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60. Accordingly, the case where a voltage is applied between the second electrode films 81 and 82 and the case where
The case where the ink is ejected only by applying a voltage between the first electrode film 60 and the lower electrode film 60, and the case where both the second electrode films 81 and 82 and the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60 As described above, the ink droplets having different sizes can be ejected in the case where the voltage is applied in coordination. In this case, the size of the ink droplet can be changed by changing the size of the upper electrode film 80 and the second electrode films 81 and 82, or changing the driving waveform.

【0083】(実施形態2)図10には、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圧電体能動
部および圧力発生室の形状を示す。
(Embodiment 2) FIG. 10 shows the shapes of a piezoelectric active portion and a pressure generating chamber of an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention.

【0084】本実施形態は、図10に示すように、圧電
体能動部320の一部を構成する圧電体膜70の両側面
を下から上方に向かって徐々に狭くなるようにパターニ
ングして、圧電体膜70の幅方向両側面を傾斜面70a
とし、圧電体膜70の上面及び両傾斜面上にそれぞれ上
電極膜80及び第2の電極膜81,82を設けるように
した以外は実施形態1と同様である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, both side surfaces of the piezoelectric film 70 constituting a part of the piezoelectric active portion 320 are patterned so as to gradually narrow from bottom to top. The two side surfaces in the width direction of the piezoelectric film 70 are inclined surfaces 70a.
The second embodiment is the same as the first embodiment except that an upper electrode film 80 and second electrode films 81 and 82 are provided on the upper surface and both inclined surfaces of the piezoelectric film 70, respectively.

【0085】このような圧電体能動部320の製造方法
は、特に限定されないが、例えば、以下の方法で製造す
ることができる。
The method of manufacturing such a piezoelectric active portion 320 is not particularly limited. For example, the piezoelectric active portion 320 can be manufactured by the following method.

【0086】図11は、実施形態2に係る薄膜製造工程
を示す図である。
FIG. 11 is a view showing a thin film manufacturing process according to the second embodiment.

【0087】実施形態1で示したように、下電極膜60
上に圧電体膜70を積層した後(図4(c))、次い
で、図11(a)に示すように、圧電体膜70をパター
ニングして、圧力発生室12に対向する領域以外の圧電
体膜70を除去する。この際、圧電体膜70の幅方向両
側面が下から上に向かって徐々に狭くなるようにパター
ニングして、傾斜面70aとする。
As shown in the first embodiment, the lower electrode film 60
After laminating the piezoelectric film 70 thereon (FIG. 4 (c)), the piezoelectric film 70 is then patterned as shown in FIG. The body film 70 is removed. At this time, the piezoelectric film 70 is patterned so that both side surfaces in the width direction become gradually narrower from bottom to top, thereby forming an inclined surface 70a.

【0088】次に、図11(b)に示すように、上電極
膜80を一様に積層し、次いで、図11(c)に示すよ
うに、上電極膜80をパターニングして、圧力発生室1
2に対向する領域に圧電体能動部320を形成する。こ
の際、実施形態1と同様に、圧電体能動部320に対応
する領域の圧電体膜70の上面に上電極膜80が位置
し、また、その幅方向両側の傾斜面70aに対応する部
分に第2の電極膜81,82が位置するように上電極膜
80をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 11B, the upper electrode film 80 is uniformly laminated, and then, as shown in FIG. Room 1
The piezoelectric active portion 320 is formed in a region facing the second piezoelectric element 2. At this time, as in the first embodiment, the upper electrode film 80 is located on the upper surface of the piezoelectric film 70 in a region corresponding to the piezoelectric active portion 320, and the upper electrode film 80 is located on the portion corresponding to the inclined surface 70a on both sides in the width direction. The upper electrode film 80 is patterned so that the second electrode films 81 and 82 are located.

【0089】その後は、実施形態1と同様に、絶縁体層
及びリード電極等を順次形成して本実施形態のインクジ
ェット式記録ヘッドを形成する。
Thereafter, similarly to the first embodiment, an insulating layer, a lead electrode and the like are sequentially formed to form the ink jet recording head of the present embodiment.

【0090】このような構成においても、実施形態1と
同様に、圧電体膜70の変形量が増加され、振動板の変
位効率を向上することができる。さらに、本実施形態で
は、第2の電極膜81及び82が設けられた圧電体膜7
0の傾斜面70aは、第2の電極膜81及び82が相対
向する方向に傾斜しているため、両者間に確実に電圧を
印加することができ、圧電体膜70により確実に引張応
力を与えることができる。
In such a configuration, similarly to the first embodiment, the amount of deformation of the piezoelectric film 70 is increased, and the displacement efficiency of the diaphragm can be improved. Further, in the present embodiment, the piezoelectric film 7 provided with the second electrode films 81 and 82 is provided.
Since the zero inclined surface 70a is inclined in a direction in which the second electrode films 81 and 82 are opposed to each other, a voltage can be reliably applied between the two and the piezoelectric film 70 can reliably apply a tensile stress. Can be given.

【0091】なお、本実施形態では、圧電体膜70の両
側面を傾斜面70aとし、その傾斜面70a上に第2の
電極膜81及び82を設けるようにしたが、例えば、圧
電体膜70の幅方向両側面を下電極膜60の面に対して
垂直に設け、その垂直な両側面上に第2の電極膜をそれ
ぞれ設けるようにしてもよい。
In this embodiment, both side surfaces of the piezoelectric film 70 are inclined surfaces 70a, and the second electrode films 81 and 82 are provided on the inclined surfaces 70a. May be provided perpendicular to the surface of the lower electrode film 60, and the second electrode films may be respectively provided on both perpendicular surfaces.

【0092】また、本実施形態では、圧電体膜70の両
側面全体を傾斜面70aとしたが、これに限定されず、
例えば、厚さ方向の一部に傾斜面を設けるようにしても
よい。
In the present embodiment, the entire side surfaces of the piezoelectric film 70 are formed as the inclined surfaces 70a. However, the present invention is not limited to this.
For example, an inclined surface may be provided in a part of the thickness direction.

【0093】さらに、上電極膜80と、第2の電極膜8
1,82とを同一の膜からパターニングしたが、それぞ
れ別々に積層した膜から形成してもよい。
Further, the upper electrode film 80 and the second electrode film 8
Although the patterns 1 and 82 are patterned from the same film, they may be formed from films separately laminated.

【0094】(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.

【0095】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, 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.

【0096】さらに、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。
Further, in the above embodiment, the nozzle opening is formed on the end face of the flow path forming substrate 10, but a nozzle opening projecting in a direction perpendicular to the surface may be formed.

【0097】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図12、その流路の断面を図13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. 12 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG. 13 is a cross-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.

【0098】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。
The present embodiment is different from the first embodiment in that
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.

【0099】ここで、この実施形態においても、上述の
実施形態と同様に、圧電体膜上に上電極膜及び第2の電
極膜を設け、上述の駆動方法によって振動板を変形させ
ることにより、振動板の変位効率を向上することができ
る。
In this embodiment, as in the above-described embodiment, the upper electrode film and the second electrode film are provided on the piezoelectric film, and the diaphragm is deformed by the above-described driving method. The displacement efficiency of the diaphragm can be improved.

【0100】勿論、以上説明した各実施形態は、適宜組
み合わせて実施することにより、より一層の効果を奏す
るものであることは言うまでもない。
Of course, it is needless to say that the above-described embodiments can be more effective when implemented in combination as appropriate.

【0101】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、又はバルクセラミックス貼付により圧電
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 body may be formed by laminating substrates to form a pressure generating chamber, or by forming a piezoelectric film by attaching a green sheet or by screen printing, or by attaching a bulk ceramic. The present invention can be applied to ink jet recording heads having various structures, such as those that form a film.

【0102】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.

【0103】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.

【0104】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14
は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図
である。
The ink jet recording head of each of these embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge and the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. FIG.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

【0105】図14に示すように、インクジェット式記
録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、
インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが
着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び
1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付け
られたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。
As shown in FIG. 14, recording head units 1A and 1B having an ink jet recording head are
Cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are provided detachably, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. I have. The recording head units 1A and 1B are, for example,
Each of them ejects a black ink composition and a color ink composition.

【0106】そして、駆動モータ6の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリ
ッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及
び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿っ
て移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に
沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ロ
ーラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シ
ートSがプラテン8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 shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

【0107】[0107]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電体振動子に対応する領域の圧電体膜上の上電極膜の両
側に第2の電極膜を並設し、第2の電極膜間に電圧を印
加して圧電体膜に引張応力を与え、インク吐出のための
変形とは逆方向に変形させる。その後、上電極膜と下電
極膜との間に電圧を印加によって圧電体膜を変形させて
インクを吐出することにより、圧電体膜の変形量を増加
することができる。したがって、圧電体膜の変形に伴う
弾性膜の変位量も増加し、変位効率を向上することがで
きる。
As described above, according to the present invention, the second electrode films are juxtaposed on both sides of the upper electrode film on the piezoelectric film in the region corresponding to the piezoelectric vibrator. By applying a voltage between the films, a tensile stress is applied to the piezoelectric film, and the piezoelectric film is deformed in a direction opposite to the deformation for discharging ink. Thereafter, by applying a voltage between the upper electrode film and the lower electrode film to deform the piezoelectric film and ejecting ink, the amount of deformation of the piezoelectric film can be increased. Therefore, the amount of displacement of the elastic film due to the deformation of the piezoelectric film also increases, and the displacement efficiency can be improved.

【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を説明する平面図及び断面
図である。
FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view illustrating Embodiment 1 of the present invention.

【図8】圧電振動子に印加する電圧の一例を示すグラフ
である。
FIG. 8 is a graph showing an example of a voltage applied to a piezoelectric vibrator.

【図9】圧電体層のP−Vヒステリシスループの一例を
示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing an example of a PV hysteresis loop of the piezoelectric layer.

【図10】本発明の実施形態2を説明する断面図であ
る。
FIG. 10 is a sectional view illustrating Embodiment 2 of the present invention.

【図11】本発明の実施形態2の薄膜製造工程を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.

【図12】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. 12 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to another embodiment 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
式記録ヘッドを示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図14】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. 14 is a schematic view 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 70a 傾斜面 80 上電極膜 81,82 第2の電極膜 83 溝部 90 絶縁体層 90a,90b,90c,90d コンタクトホール 100,100A,100B,100C リード電極 300 圧電振動子 320 圧電体能動部 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 70a inclined surface 80 upper electrode film 81, 82 second electrode film 83 groove 90 insulating layer 90a, 90b, 90c, 90d Contact hole 100, 100A, 100B, 100C Lead electrode 300 Piezoelectric vibrator 320 Piezoelectric active part

Claims (13)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】 ノズル開口に連通する圧力発生室の一部
    を構成する弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下電極
    と、この下電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層
    の表面に形成された上電極とを有する圧電振動子を具備
    したインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧電振動子を構成する前記下電極及び前記上電極の
    何れか一方が前記圧力発生室に対向する領域にパターニ
    ングされ、当該パターニングされた電極の幅方向両側で
    且つ当該圧電振動子を構成する圧電体層表面に一対の第
    2の電極を設けたことを特徴とするインクジェット式記
    録ヘッド。
    An elastic film forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening; a lower electrode provided on the elastic film; a piezoelectric layer formed on the lower electrode; In an ink jet type recording head including a piezoelectric vibrator having an upper electrode formed on the surface of a body layer, one of the lower electrode and the upper electrode constituting the piezoelectric vibrator faces the pressure generating chamber. An ink jet recording head, wherein a pair of second electrodes are provided on both sides of the patterned electrode in the width direction and on the surface of a piezoelectric layer constituting the piezoelectric vibrator.
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記一対の第2の電
    極には、前記下電極及び前記上電極への電圧印加とは別
    に、電圧を印加でき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 a voltage can be applied to the pair of second electrodes separately from a voltage application to the lower electrode and the upper electrode.
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、前記一対の第
    2の電極は、前記圧電体層の幅方向両側の端面に設けら
    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。
    3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the pair of second electrodes are provided on both end surfaces of the piezoelectric layer in the width direction.
  4. 【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記圧
    電振動子を構成する圧電体層は、前記圧力発生室に対向
    する領域にパターニングされ、且つ厚さ方向の少なくと
    も一部に、その幅が下から上方に向かって徐々に狭くな
    るようにパターニングされた傾斜面を有し、前記一対の
    第2の電極は、前記傾斜面上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。
    4. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the piezoelectric layer constituting the piezoelectric vibrator is patterned in a region facing the pressure generating chamber, and has at least a part thereof in a thickness direction. An ink-jet recording head having an inclined surface patterned so that a width gradually decreases from bottom to top, and wherein the pair of second electrodes are provided on the inclined surface; .
  5. 【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記圧
    電振動子を構成する少なくとも前記圧電体層は、前記圧
    電振動子の長手方向の一端部から前記圧力発生室に対向
    する領域外まで延設されていることを特徴とするインク
    ジェット式記録ヘッド。
    5. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein at least the piezoelectric layer constituting the piezoelectric vibrator extends from one end in the longitudinal direction of the piezoelectric vibrator to an outside of a region facing the pressure generating chamber. An ink jet recording head which is extended.
  6. 【請求項6】 請求項5において、前記圧力発生室に対
    向する領域外まで延設された前記圧電体層上には前記上
    電極が延設されていることを特徴とするインクジェット
    式記録ヘッド。
    6. The ink jet recording head according to claim 5, wherein the upper electrode extends on the piezoelectric layer extending to a region outside the region facing the pressure generating chamber.
  7. 【請求項7】 請求項1〜6の何れかにおいて、前記圧
    電振動子の上面にはリード電極と前記上電極との接続を
    行うコンタクト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。
    7. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a contact portion for connecting a lead electrode and the upper electrode is provided on an upper surface of the piezoelectric vibrator.
  8. 【請求項8】 請求項1〜7の何れかにおいて、前記圧
    電振動子の上面には絶縁体層が形成され、リード電極と
    前記上電極との接続を行うコンタクト部は、前記絶縁体
    層に形成されたコンタクトホール内に形成されているこ
    とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
    8. An insulating layer according to claim 1, wherein an insulating layer is formed on an upper surface of said piezoelectric vibrator, and a contact portion for connecting a lead electrode and said upper electrode is formed on said insulating layer. An ink jet recording head formed in the formed contact hole.
  9. 【請求項9】 請求項1〜8の何れかにおいて、前記流
    路形成基板がシリコン単結晶基板からなり、前記圧力発
    生室が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。
    9. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the flow path forming substrate is formed of a silicon single crystal substrate, the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed. And an ink jet recording head formed by a lithography method.
  10. 【請求項10】 請求項1〜9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。
    10. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
  11. 【請求項11】 ノズル開口に連通する圧力発生室の一
    部を構成する弾性膜上に設けられた圧電体層の厚さ方向
    上下側に設けた一対の電極に電圧を印加することにより
    当該圧電体層をたわみ変形させて前記圧力発生室内のイ
    ンクに圧力を付与して前記ノズル開口からインクを吐出
    するインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、 前記圧電体層の幅方向両側に設けた一対の第2の電極に
    電圧を印加する工程と、この後、前記一対の電極に電圧
    を印加することにより前記圧力発生室内のインクに圧力
    を付与するたわみ変形を前記圧電体層に生じさせる工程
    とを具備することを特徴とするインクジェット式記録ヘ
    ッドの駆動方法。
    11. A piezoelectric device according to claim 1, wherein a voltage is applied to a pair of electrodes provided on upper and lower sides in a thickness direction of a piezoelectric layer provided on an elastic film constituting a part of the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening. A method of driving an ink jet recording head that flexes and deforms a body layer to apply pressure to ink in the pressure generating chamber and ejects ink from the nozzle openings. Applying a voltage to the two electrodes, and thereafter, applying a voltage to the pair of electrodes to cause the piezoelectric layer to bend and deform to apply pressure to the ink in the pressure generating chamber. A method of driving an ink jet recording head.
  12. 【請求項12】 請求項11において、前記一対の第2
    の電極への電圧印加により、前記圧電体層に幅方向に引
    張応力を付与することを特徴とするインクジェット式記
    録ヘッドの駆動方法。
    12. The method according to claim 11, wherein the pair of second
    Applying a voltage to the electrodes to apply a tensile stress to the piezoelectric layer in the width direction.
  13. 【請求項13】 請求項11又は12において、前記一
    対の第2の電極への電圧印加を解除した後、前記一対の
    電極に電圧を印加することを特徴とするインクジェット
    式記録ヘッドの駆動方法。
    13. The method according to claim 11, wherein a voltage is applied to the pair of electrodes after the voltage application to the pair of second electrodes is released.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6450626B2 (en) 1999-12-24 2002-09-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ink jet head, method for producing the same, and ink jet type recording apparatus
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US7922302B2 (en) 2007-07-31 2011-04-12 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Piezoelectric actuation mechanism
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JP2012257458A (en) * 2005-03-22 2012-12-27 Brother Ind Ltd Piezoelectric actuator, fluid transfer apparatus, and manufacturing method of piezoelectric actuator

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