JPH11348280A - Ink jet recording head and ink jet recorder - Google Patents

Ink jet recording head and ink jet recorder

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JPH11348280A
JPH11348280A JP15975598A JP15975598A JPH11348280A JP H11348280 A JPH11348280 A JP H11348280A JP 15975598 A JP15975598 A JP 15975598A JP 15975598 A JP15975598 A JP 15975598A JP H11348280 A JPH11348280 A JP H11348280A
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film
ink jet
recording head
jet recording
tensile
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Mari Sakai
真理 酒井
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head, a method for manufacturing the same and an ink jet recorder capable of improving a deformable quantity of an elastic membrane and the durability thereof. SOLUTION: This ink jet recording head comprises elastic membranes 50, 51, 53 forming a part of a pressure generating chamber 12 communicated to a nozzle opening, a lower electrode 60 provided above the elastic membranes 50, 51, 53, a piezoelectric material layer 70 formed on the lower electrode 60 and an upper electrode 80 formed on the surface of the piezoelectric material layer 70. It further comprises a piezoelectric vibrator which includes the piezoelectric material layer 70 formed on each region corresponding to the pressure generating chamber 12, lower electrode 60 and upper electrode 80. A stress of the membrane forming the elastic membranes 50, 51, 53 at arm sections at both sides in the width direction of the piezoelectric material layer 70 forming the piezoelectric vibrator is greater than that of the membrane forming the elastic membrane 50, 51, 53 among them in a pulling direction so that the piezoelectric layer 70 is pulled toward outsides in the width direction, thereby improving the piezoelectric characteristic.

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製造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, and a piezoelectric layer is formed on the surface of the elastic film to form a piezoelectric material. The present invention relates to an ink jet recording head for ejecting ink droplets by displacement of a layer, a method for manufacturing the same, 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、
薄膜のパターニング後に圧力発生室を形成するが、その
際、圧電体層の内部応力が緩和され、また、下電極の内
部応力の影響により弾性膜が圧力発生室側に撓んでしま
い、この撓みが弾性膜の初期変形として残留してしま
う。したがって、圧電振動子の駆動による弾性膜の変形
量が実質的に小さくなるという問題や、弾性膜の耐久性
が低下するという問題がある。
However, in the above-described manufacturing method using the thin film technology and the lithography method,
A pressure generating chamber is formed after patterning the thin film. At this time, the internal stress of the piezoelectric layer is relaxed, and the elastic film is bent toward the pressure generating chamber due to the internal stress of the lower electrode. It remains as the initial deformation of the elastic film. Therefore, there is a problem that the amount of deformation of the elastic film due to the driving of the piezoelectric vibrator is substantially reduced, and a problem that the durability of the elastic film is reduced.

【0008】また、一般には、下電極が圧力発生室に対
向する領域からその周壁上まで延設され弾性膜と共に振
動板を構成しているため、変位効率が悪いという問題が
ある。さらに、圧力発生室の幅方向両側の、いわゆる腕
部の下電極をオーバーエッチングして一部又は全部を除
去して変位効率を高めた構造も知られているが、オーバ
ーエッチングしたことにより初期たわみが増大し、排除
体積の向上は望めない。また、このような構造にする
と、特に、実際には、圧電振動子が本来有する特性が得
られないという問題がある。
Further, since the lower electrode generally extends from the region facing the pressure generating chamber to the peripheral wall thereof and forms a diaphragm together with the elastic film, there is a problem that the displacement efficiency is low. Further, a structure is known in which the lower electrode on the both sides in the width direction of the pressure generating chamber, that is, the lower electrode, is over-etched to remove a part or all of the lower electrode to increase the displacement efficiency. Increases, and an increase in excluded volume cannot be expected. In addition, such a structure has a problem that the characteristics inherent to the piezoelectric vibrator cannot be actually obtained.

【0009】本発明はこのような事情に鑑み、弾性膜の
変形量及び耐久性の向上を図ったインクジェット式記録
ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装
置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 manufacturing the same, and an ink jet recording apparatus which improve the deformation amount and durability of the elastic film.

【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備え、前記圧力発生室
に対応する領域毎に形成された前記圧電体層と前記下電
極及び前記上電極とを含む圧電振動子を形成したインク
ジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電振動子を構成
する前記圧電体層の幅方向両側の腕部の前記弾性膜を構
成する膜の応力が、その間の前記弾性膜を構成する膜の
応力より引張り方向に大き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 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. An electrode, a piezoelectric layer formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the surface of the piezoelectric layer, and the piezoelectric layer formed for each region corresponding to the pressure generating chamber; In an ink jet recording head in which a piezoelectric vibrator including the lower electrode and the upper electrode is formed, the stress of a film forming the elastic film of the arm on both sides in the width direction of the piezoelectric layer forming the piezoelectric vibrator. However, in the ink jet type recording head, the stress in the tensile direction is larger than the stress of the film constituting the elastic film therebetween.

【0011】かかる第1の態様では、圧力発生室を形成
する際、腕部の弾性膜を構成する膜の応力が開放される
力によって、圧電体層が幅方向外側に引っ張られて圧電
特性が向上し、弾性膜の変形量が向上される。
According to the first aspect, when the pressure generating chamber is formed, the piezoelectric layer is pulled outward in the width direction by the force that releases the stress of the film constituting the elastic film of the arm portion, and the piezoelectric characteristics are reduced. The amount of deformation of the elastic film is improved.

【0012】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記弾性膜は、少なくとも前記腕部に引張応力を持
つ引張り膜を有し、当該引張り膜は前記腕部の間では少
なくとも厚さ方向の一部が除去された引張り膜除去部が
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 a second aspect of the present invention, in the first aspect, the elastic film has a tensile film having a tensile stress at least in the arm portion, and the tensile film has at least a thickness between the arm portions. The ink jet recording head is characterized in that a tensile film removing portion is formed in which a part of the tensile film is removed.

【0013】かかる第2の態様では、引張り膜除去部を
設けることにより、腕部に対応する部分の引張り膜が引
張応力となり、圧力発生室を形成する際に、圧電体層が
幅方向に引っ張られる。
In the second aspect, by providing the tensile film removing portion, the tensile film in a portion corresponding to the arm portion becomes a tensile stress, and when forming the pressure generating chamber, the piezoelectric layer is pulled in the width direction. Can be

【0014】本発明の第3の態様は、第2の態様におい
て、前記引張り膜除去部は、前記圧電振動子の幅よりも
若干幅狭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 third aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to the second aspect, wherein the tensile film removing portion is slightly narrower than a width of the piezoelectric vibrator.

【0015】かかる第3の態様では、引張り膜除去部を
形成した後の圧電体層のパターニングを良好に行うこと
ができる。
[0015] In the third aspect, the patterning of the piezoelectric layer after the formation of the tensile film removing portion can be favorably performed.

【0016】本発明の第4の態様では、第1〜3の何れ
かの態様において、前記引張り膜は、金属膜からなるこ
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, there is provided an ink jet recording head according to any one of the first to third aspects, wherein the tensile film is made of a metal film.

【0017】かかる第4の態様では、引張り膜を金属膜
で形成することによって、引張応力となる。
In the fourth aspect, a tensile stress is generated by forming the tensile film with a metal film.

【0018】本発明の第5の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記引張り膜は、金属酸化膜からなる
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, there is provided an ink jet recording head according to any one of the first to third aspects, wherein the tensile film is formed of a metal oxide film.

【0019】かかる第5の態様では、引張り膜を金属酸
化膜で形成することにより、引張応力となり、強度も向
上する。
In the fifth aspect, since the tensile film is formed of a metal oxide film, a tensile stress is generated, and the strength is improved.

【0020】本発明の第6の態様は、第2〜5の何れか
の態様において、前記引張り膜除去部の上側には、前記
引張り膜より引張応力が小さいか又は圧縮応力を有する
非引張り膜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 sixth aspect of the present invention, in any one of the second to fifth aspects, a non-tensile film having a smaller tensile stress or a smaller compressive stress than the tensile film is provided above the tensile film removing portion. An ink jet recording head comprising:

【0021】かかる第6の態様では、引張り膜と非引張
り膜とによって、圧電体層が、さらに幅方向外側に強く
引っ張られる。
In the sixth aspect, the piezoelectric layer is further strongly pulled outward in the width direction by the tensile film and the non-tensile film.

【0022】本発明の第7の態様は、第6の態様におい
て、前記非引張り膜が、上記下電極を兼ねていることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
A seventh aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the sixth aspect, wherein the non-tensile film also serves as the lower electrode.

【0023】かかる第7の態様では、圧力発生室を形成
する際、下電極の応力が開放される力によっても、圧電
体層は幅方向外側に引っ張られる。
In the seventh aspect, when the pressure generating chamber is formed, the piezoelectric layer is pulled outward in the width direction by the force that releases the stress of the lower electrode.

【0024】本発明の第8の態様は、第6又は7の態様
において、前記非引張り膜は、前記圧電振動子と共に前
記圧力発生室毎にパターニング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。
An eighth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the sixth or seventh aspect, wherein the non-tensile film is patterned for each of the pressure generating chambers together with the piezoelectric vibrator. It is in.

【0025】かかる第8の態様では、腕部の膜厚が厚く
なることなく、弾性膜の変形量が減少することがない。
In the eighth aspect, the thickness of the arm does not increase, and the amount of deformation of the elastic film does not decrease.

【0026】本発明の第9の態様は、第6〜8の何れか
の態様において、前記非引張り膜は、金属の酸化物から
なる圧縮膜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。
A ninth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein the non-tensile film is a compression film made of a metal oxide. .

【0027】かかる第9の態様では、圧力発生室を形成
する際、圧縮膜の応力が開放される力によって、圧電体
層がさらに強く幅方向外側に引っ張られる。
In the ninth aspect, when the pressure generating chamber is formed, the piezoelectric layer is further strongly pulled outward in the width direction by the force that releases the stress of the compression film.

【0028】本発明の第10の態様は、第1〜9の何れ
かの態様において、前記上電極は、圧縮応力を有するこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
A tenth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to ninth aspects, wherein the upper electrode has a compressive stress.

【0029】かかる第10の態様では、圧力発生室を形
成する際、上電極の圧縮応力が開放される力により、圧
電体層がさらに強く幅方向外側に引っ張られる。
In the tenth aspect, when the pressure generating chamber is formed, the piezoelectric layer is further strongly pulled outward in the width direction by the force that releases the compressive stress of the upper electrode.

【0030】本発明の第11の態様は、第1〜10の何
れかの態様において、前記下電極は、前記圧力発生室に
対向する領域の長手方向の少なくとも一端部からその外
側へ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 an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to tenth aspects, the lower electrode extends from at least one longitudinal end of a region facing the pressure generating chamber to the outside thereof. The ink jet recording head is characterized in that:

【0031】かかる第11の態様では、延設された下電
極を介して外部配線と接続できる。
In the eleventh aspect, connection to an external wiring can be made via the extended lower electrode.

【0032】本発明の第12の態様は、第1〜11の何
れかの態様において、前記上電極及び前記圧電体層は、
前記圧力発生室に対向する領域の長手方向の少なくとも
一端部からその外側へ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 twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the upper electrode and the piezoelectric layer
An ink jet recording head is provided which extends from at least one longitudinal end of a region facing the pressure generating chamber to the outside thereof.

【0033】かかる第12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。
In the twelfth aspect, connection to external wiring can be made via the extended upper electrode.

【0034】本発明の第13の態様は、第11又は12
の態様において、前記下電極の延設方向と前記上電極及
び前記圧電体層の延設方向とが異な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。
The thirteenth aspect of the present invention is directed to the eleventh or twelfth aspect.
In the above aspect, the extending direction of the lower electrode may be different from the extending direction of the upper electrode and the piezoelectric layer.

【0035】かかる第13の態様では、上電極及び下電
極と外部配線とを容易に接続することができる。
In the thirteenth aspect, the upper and lower electrodes and the external wiring can be easily connected.

【0036】本発明の第14の態様は、第13の態様に
おいて、前記下電極又は前記上電極の何れか一方が共通
電極となっていることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッド。
A fourteenth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the thirteenth aspect, wherein one of the lower electrode and the upper electrode is a common electrode.

【0037】かかる第14の態様では、外部配線との接
続を容易に行うことができる。
In the fourteenth aspect, connection with external wiring can be easily performed.

【0038】本発明の第15の態様は、第1〜14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 fifteenth aspect of the present invention, in any one of the first to fourteenth aspects, the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching on a silicon single crystal substrate, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation. And an ink jet recording head formed by a lithography method.

【0039】かかる第15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 fifteenth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0040】本発明の第16の態様は、第1〜15の何
れかの態様において、前記圧電体層は、ゾル−ゲル法あ
るいはスパッタリング法で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 a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the first to fifteenth aspects, the piezoelectric layer is formed by a sol-gel method or a sputtering method. It is in.

【0041】かかる第16の態様では、圧電体層を容易
に形成することができる。
In the sixteenth aspect, the piezoelectric layer can be easily formed.

【0042】本発明の第17の態様は、第1〜16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
を特徴とするインクジェット式記録装置にある。
According to a seventeenth 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 sixteenth aspects.

【0043】かかる第17の態様では、ヘッドのインク
吐出性能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 seventeenth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus in which the ink ejection performance of the head is improved.

【0044】[0044]

【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.

【0045】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図2は、平面図及びその1つの圧力発生室の長
手方向における断面構造を示す図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, 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.

【0046】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 made 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.

【0047】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 a 1-2 μm-thick elastic film 50 made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation.

【0048】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.

【0049】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 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 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.

【0050】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.

【0051】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.

【0052】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.

【0053】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

【0054】封止板20は、前述の各圧力発生室12に
対応したインク供給連通口21が穿設された、厚さが例
えば、0.1〜1mmで、線膨張係数が300℃以下
で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラ
スセラミックスからなる。なお、インク供給連通口21
は、図3(a),(b)に示すように、各圧力発生室1
2のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット
孔21Aでも、あるいは複数のスリット孔21Bであっ
てもよい。封止板20は、一方の面で流路形成基板10
の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外
力から保護する補強板の役目も果たす。また、封止板2
0は、他面で共通インク室31の一壁面を構成する。
The sealing plate 20 is provided with an ink supply communication port 21 corresponding to each of the pressure generating chambers 12 described above, and has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less. , For example, 2.5-4.5 [× 10 −6 / ° C.]. In addition, the ink supply communication port 21
Each of the pressure generating chambers 1 is, as shown in FIGS.
It may be one slit hole 21A crossing the vicinity of the second ink supply side end or a plurality of slit holes 21B. The sealing plate 20 is provided on one side with the flow path forming substrate 10.
, And also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impacts and external forces. Also, sealing plate 2
0 forms one wall surface of the common ink chamber 31 on the other surface.

【0055】共通インク室形成基板30は、共通インク
室31の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、イ
ンク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を
打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共
通インク室形成基板30の厚さは、0.2mmとしてい
る。
The common ink chamber forming substrate 30 forms the peripheral wall of the common ink chamber 31 and is formed by punching a stainless steel plate having an appropriate thickness according to the number of nozzles and the ink droplet ejection frequency. . In the present embodiment, the thickness of the common ink chamber forming substrate 30 is 0.2 mm.

【0056】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.

【0057】一方、流路形成基板10の開口面とは反対
側の弾性膜50上には、厚さが、例えば、0.2〜0.
6μmで、引張応力を有する引張り膜51が形成され、
詳しく後述するが、この引張り膜51の圧電体能動部3
20に対応する部分の一部には、引張り膜を51を除去
した引張り膜除去部52が形成されている。また、本実
施形態では、この引張り膜51上には、さらに、厚さ
が、例えば0.5〜1μmで、圧縮応力を有する圧縮膜
53が形成され、後述するプロセスで、圧電体能動部3
20と共にパターニングされる。
On the other hand, the thickness of the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 is, for example, 0.2 to 0.1 mm.
At 6 μm, a tensile film 51 having a tensile stress is formed,
As will be described in detail later, the piezoelectric active portion 3 of the tensile film 51
In a part of the portion corresponding to 20, a tensile film removing portion 52 from which the tensile film 51 has been removed is formed. In the present embodiment, a compression film 53 having a thickness of, for example, 0.5 to 1 μm and having a compressive stress is further formed on the tensile film 51.
20 and is patterned.

【0058】また、この圧縮膜53上には、厚さが例え
ば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約
1μmの圧電体膜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7
0、及び上電極膜80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320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8
0を圧電振動子300の個別電極としているが、駆動回
路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの
場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成
されていることになる。
On the compression film 53, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm, a piezoelectric film 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and a .1 μm
The upper electrode film 80 is formed by lamination in a process described later to form a piezoelectric vibrator (piezoelectric element) 300. Here, the piezoelectric vibrator 300 includes the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 7.
0 and a portion including the upper electrode film 80. In general,
One of the electrodes of the piezoelectric vibrator 300 is used as a common electrode,
The other electrode and the piezoelectric film 70 are formed by patterning each pressure generating chamber 12. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric film 70 and in which a piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320. In the present embodiment, the lower electrode film 60 serves as a common electrode of the piezoelectric vibrator 300 and the upper electrode film 8
Although 0 is used as the individual electrode of the piezoelectric vibrator 300, 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.

【0059】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板10上に、圧電体膜70等を形成するプロセス
を図4を参照しながら説明する。
Here, a process for forming the piezoelectric film 70 and the like on the flow path forming substrate 10 made of a silicon single crystal substrate will be described with reference to FIG.

【0060】図4(a)に示すように、まず、流路形成
基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約110
0℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜50を形成する。
As shown in FIG. 4A, first, a wafer of a silicon single crystal substrate serving as 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.

【0061】次に、図4(b)に示すように、スパッタ
リング法で引張応力を有する引張り膜51を成膜する。
この引張り膜51は、引張応力を有し、インク吐出の際
の変形に耐えうるものであれば特に限定されないが、例
えば、Pt,Ir等の金属膜が好適である。
Next, as shown in FIG. 4B, a tensile film 51 having a tensile stress is formed by a sputtering method.
The tensile film 51 is not particularly limited as long as it has a tensile stress and can withstand deformation at the time of ink ejection. For example, a metal film such as Pt or Ir is suitable.

【0062】次に、図4(c)に示すように、引張り膜
51の圧電体能動部320に対応する部分の面方向の一
部をパターニングして、引張り膜51を除去した引張り
膜除去部52を形成する。この引張り膜除去部52の幅
は、特に限定されないが、圧電体能動部320に対応す
る領域に、圧電体能動部320の幅と同じか又は多少狭
く形成するのが好ましい。また、圧電体膜70にクラッ
クが発生する場合には、逆に広く形成するのが好まし
い。
Next, as shown in FIG. 4C, a portion of the tensile film 51 corresponding to the piezoelectric active portion 320 in the surface direction is patterned to remove the tensile film 51 and remove the tensile film. 52 is formed. The width of the tensile film removing portion 52 is not particularly limited, but is preferably formed to be equal to or slightly smaller than the width of the piezoelectric active portion 320 in a region corresponding to the piezoelectric active portion 320. If a crack occurs in the piezoelectric film 70, it is preferable that the piezoelectric film 70 be formed wider.

【0063】次に、図4(d)に示すように、圧縮応力
を有する圧縮膜53を形成する。例えば、本実施形態で
は、単斜晶系のジルコニア膜を用いて圧縮応力を有する
圧縮膜53を形成した。この圧縮膜53は、引張り膜5
1上にジルコニウム層をスパッタリング法で形成後、約
1150℃の拡散炉で酸素中で熱酸化処理することによ
り形成したものであり、強い圧縮応力を有する。ここ
で、ジルコニウムは酸化される際に、相転移温度以上に
加熱されているため、冷却時に相転移を起こして単斜晶
系となり、圧縮応力を有するジルコニアとなる。
Next, as shown in FIG. 4D, a compression film 53 having a compression stress is formed. For example, in the present embodiment, the compressed film 53 having a compressive stress is formed using a monoclinic zirconia film. The compression film 53 is formed by the tension film 5
1 is formed by forming a zirconium layer on the substrate 1 by a sputtering method and then performing thermal oxidation treatment in oxygen in a diffusion furnace at about 1150 ° C. and has a strong compressive stress. Here, since zirconium is heated to a temperature higher than the phase transition temperature when being oxidized, it undergoes a phase transition upon cooling and becomes monoclinic, and becomes zirconia having compressive stress.

【0064】次に、図4(e)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、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。なお、後
述の圧電体膜70を高温で焼成する過程あるいはジルコ
ニウム層を酸化させる過程で、圧電体膜70の下にある
各層は、材料によっては結晶構造の変化等により、強い
引張りの応力を持つ。例えば、PtやIrは、強い引張
り応力を持つようになり、引張り膜として機能を発揮す
る。
Next, as shown in FIG. 4E, 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 60 must be able to maintain conductivity at such a high temperature and in an oxidizing atmosphere. In particular, when PZT is used for 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. In the process of firing the piezoelectric film 70 at a high temperature or oxidizing the zirconium layer, each layer below the piezoelectric film 70 has a strong tensile stress due to a change in the crystal structure or the like depending on the material. . For example, Pt and Ir have a strong tensile stress, and exhibit a function as a tensile film.

【0065】次に、図4(f)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. 4F, 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.

【0066】次に、図4(g)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、圧縮応力を有することが好ましく、例えば、本実施
形態では、Irをスパッタリング法により成膜してい
る。
Next, as shown in FIG. 4G, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 is preferably made of a highly conductive material and has a compressive stress. For example, in the present embodiment, Ir is formed by a sputtering method.

【0067】次に、図5に示すように、下電極膜60、
圧電体膜70、上電極膜80及び圧縮膜53をパターニ
ングする。
Next, as shown in FIG. 5, the lower electrode film 60,
The piezoelectric film 70, the upper electrode film 80, and the compression film 53 are patterned.

【0068】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をエッチングして圧電体能動部320の
パターニングを行う。次いで、図5(c)示すように、
少なくとも圧電体能動部320の幅方向両側、いわゆる
振動板の腕部の下電極膜60及び圧縮膜53をエッチン
グにより除去する。
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, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched to pattern the piezoelectric active portion 320. Next, as shown in FIG.
At least the lower electrode film 60 and the compression film 53 on both sides in the width direction of the piezoelectric active portion 320, that is, the arms of the diaphragm are removed by etching.

【0069】本実施形態では、その後、圧力発生室12
をエッチングにより形成するが、このときの圧電体能動
部320が受ける応力の状態を以下に説明する。なお、
図6は、圧力発生室12をエッチングにより形成前後の
各層が受ける応力の状態を模式的に示した図である。
In this embodiment, the pressure generating chamber 12
Is formed by etching. The state of the stress applied to the piezoelectric active portion 320 at this time will be described below. In addition,
FIG. 6 is a diagram schematically showing a state of stress applied to each layer before and after forming the pressure generating chamber 12 by etching.

【0070】流路形成基板10に成膜した状態の各層
は、図6(a)に示すように、弾性膜50、圧縮膜53
及び上電極膜80は、流路形成基板10から圧縮応力σ
1,σ2,σ3を受けており、下電極膜60及び圧電体膜
70は、引張応力σ4,σ5を受けてい る。また、引張り
膜51も、流路形成基板10から引張応力σ6を受けて
いるが、圧電体能動部320がパターニングされる領域
に引張り膜除去部52が形成されているため一部が開放
されいる。また、引張り膜51の引張り応力σ6は、圧
力発生室12に対向する領域の流路形成基板10からみ
ると、引張り膜除去部52側では、実質的には、圧縮方
向に作用していることになる。
Each layer in a state of being formed on the flow path forming substrate 10
6A, the elastic film 50 and the compression film 53 are formed as shown in FIG.
And the upper electrode film 80 has a compressive stress σ
1, ΣTwo, ΣThreeAnd the lower electrode film 60 and the piezoelectric film
70 is the tensile stress σFour, ΣFiveReceiving You. Also pull
The film 51 also has a tensile stress σ from the flow path forming substrate 10.6Receiving
Area where the piezoelectric active portion 320 is patterned
A part is opened because the tensile film removal part 52 is formed in
Have been. Also, the tensile stress σ of the tensile film 516Is the pressure
Viewed from the flow path forming substrate 10 in a region facing the force generating chamber 12
Then, on the tensile film removing section 52 side, the compression method
It is acting in the direction.

【0071】そして、図6(b)に示すように、圧電体
能動部320をパターニングすると、下電極膜60及び
圧電体膜70の引張応力σ4,σ5は一部が開放され、上
電極膜80も、圧縮応力σ3の一部が開放される。ま
た、この上電極膜80と同様に、圧縮膜53の圧縮応力
σ2も一部が開放されるが、引張り膜51は、パターニ
ングされないため、引張り応力σ6は開放されない。
When the piezoelectric active portion 320 is patterned as shown in FIG. 6B, the tensile stresses σ 4 and σ 5 of the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 70 are partially released, and the upper electrode The film 80 also releases a part of the compressive stress σ 3 . Similarly to the upper electrode film 80, a part of the compressive stress σ 2 of the compressive film 53 is released, but the tensile stress σ 6 is not released because the tensile film 51 is not patterned.

【0072】次いで、図6(c)に示すように、圧電体
能動部320の下方に圧力発生室12を形成すると、下
電極膜60及び圧電体膜70の引張応力σ4,σ5が開放
されて、圧縮方向の力となり、一方、弾性膜50及び上
電極膜80の圧縮応力σ1,σ3が開放されて、引張り方
向の力となり、弾性膜50を下へ変形させようとする力
となる。しかしながら、本実施形態では、引張り膜51
の引張応力σ6が開放されて、圧電体膜70を両側へ引
張る力となり、さらに圧縮膜53の圧縮応力σ2も開放
されて、引張る力となるので、上述した下への変形させ
ようとする力が緩和される。
Next, as shown in FIG. 6C, when the pressure generating chamber 12 is formed below the piezoelectric active portion 320, the tensile stresses σ 4 and σ 5 of the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 70 are released. As a result, the compressive stresses σ 1 and σ 3 of the elastic film 50 and the upper electrode film 80 are released, and the elastic film 50 becomes a force in the tensile direction. Becomes However, in the present embodiment, the tension film 51
The tensile stress σ 6 of the compression film 53 is released and the compressive stress σ 2 of the compression film 53 is released and the tensile force is released. The power to do is eased.

【0073】このように、圧縮方向には、下電極膜60
及び圧電体膜70の応力σ4,σ5が開放された力が作用
するのに対して、引張り方向には、弾性膜50及び上電
極膜80の応力σ1,σ3が開放された力が作用するのに
加えて、本実施形態では、引張り膜51及び圧縮膜53
の応力σ6,σ2が作用する。したがって、引張り方向の
力が増加され、振動板が上に凸に変形し、両方向の力が
つり合っている場合には、振動板の撓みはほとんど発生
しない。また、本実施形態では、圧力発生室12を形成
する際に、振動板の腕部の部分は、弾性膜50の応力σ
1及び引張り膜51の応力σ6が開放される力が引張り方
向のみに作用する。したがって、好適な条件では、振動
板は、上に凸に変形する。
As described above, in the compression direction, the lower electrode film 60
And a force that releases the stresses σ 4 and σ 5 of the piezoelectric film 70 acts, while a force that releases the stresses σ 1 and σ 3 of the elastic film 50 and the upper electrode film 80 in the tensile direction. In this embodiment, the tension film 51 and the compression film 53
Stresses σ 6 and σ 2 act. Therefore, when the force in the pulling direction is increased, the diaphragm deforms convexly upward, and the forces in both directions are balanced, the diaphragm hardly bends. Further, in the present embodiment, when forming the pressure generating chamber 12, the arm portion of the diaphragm is subjected to the stress σ of the elastic film 50.
1 and the force that releases the stress σ 6 of the tensile film 51 acts only in the tensile direction. Therefore, under suitable conditions, the diaphragm deforms upwardly.

【0074】なお、引張り膜51及び圧縮膜53を形成
しない場合には、図7(a)に示すように、圧力発生室
12形成前には、下電極膜60及び圧電体膜70はそれ
ぞれ引張応力σ4,σ5を受けているのに対し、弾性膜5
0及び上電極膜80が圧縮応力σ1,σ3を受けている。
そして、圧力発生室12を形成すると、下電極膜60及
び圧電体膜70の引張応力σ4,σ5が開放されて収縮し
ようとする力となるのに対して、弾性膜50は、パター
ニングされていないため上電極膜80の圧縮応力のみが
開放されて引っ張り方向の力となる。結果的に、圧縮方
向の力が引張方向の力よりも大きいため、弾性膜50
は、図7(b)に示すように、下に凸に変形され、これ
が初期変形として残留する。このように、特に高温での
焼成が必要なゾル−ゲル法やスパッタリング法によって
圧電体膜を形成する場合には、下電極膜に強い引張り応
力が生じるため、従来の構造では、この引張り応力が特
性の低下をもたらしていた。
When the tension film 51 and the compression film 53 are not formed, as shown in FIG. 7A, before the pressure generating chamber 12 is formed, the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 70 are respectively tensioned. While receiving the stresses σ 4 and σ 5 , the elastic film 5
0 and the upper electrode film 80 receive compressive stresses σ 1 and σ 3 .
When the pressure generating chambers 12 are formed, the tensile stresses σ 4 and σ 5 of the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 70 are released to produce a force to contract, whereas the elastic film 50 is patterned. As a result, only the compressive stress of the upper electrode film 80 is released, and it becomes a force in the tensile direction. As a result, since the force in the compression direction is larger than the force in the tension direction,
Is deformed convexly downward as shown in FIG. 7B, and this remains as initial deformation. As described above, particularly when a piezoelectric film is formed by a sol-gel method or a sputtering method that requires firing at a high temperature, a strong tensile stress is generated in the lower electrode film. This has led to a decrease in characteristics.

【0075】上述のように、本実施形態では、弾性膜5
0上に引張り膜51を形成し、その圧電体能動部320
に対応する領域に引張り膜除去部52を設け、さらに、
引張り膜51上に圧縮膜53を形成した。これにより、
圧電体能動部320をパターニング及び圧力発生室12
形成後に、引張り膜51の応力が開放された力が、実質
的に引張り方向の力となり、また、圧縮膜53の応力が
開放された力が、引張方向の力となる。したがって、弾
性膜50及び上電極膜80の応力が開放された力に加え
て、これら引張り膜51及び圧縮膜53の応力が開放さ
れた力が引張り方向に作用するため、下電極膜60及び
圧電体層70と応力が開放された圧縮方向の力が相殺さ
れ、圧力発生室12形成による弾性膜50の変形を低減
または無くすことができる。また、このとき、引張り方
向に作用する力によって、圧電体膜70は、幅方向外側
に引っ張られ、撓み量が減少する。また、圧電体膜70
は、撓み量が少ないほど、圧電特性が優れていることを
知見した。したがって、圧電体膜70の撓み量が減少さ
れることにより、圧電体膜70の圧電特性が向上され、
排除体積を増加することができる。
As described above, in this embodiment, the elastic film 5
On the other hand, a tensile film 51 is formed on
The tensile film removing part 52 is provided in a region corresponding to
A compression film 53 was formed on the tension film 51. This allows
Patterning and pressure generation chamber 12
After formation, the force from which the stress of the tensile film 51 is released substantially becomes a force in the tensile direction, and the force from which the stress of the compression film 53 is released becomes a force in the tensile direction. Therefore, in addition to the force from which the stress of the elastic film 50 and the upper electrode film 80 are released, the force from which the stress of the tensile film 51 and the compression film 53 are released acts in the tensile direction, so that the lower electrode film 60 and the piezoelectric film The body layer 70 and the force in the compression direction in which the stress is released are offset, and the deformation of the elastic film 50 due to the formation of the pressure generating chamber 12 can be reduced or eliminated. At this time, the piezoelectric film 70 is pulled outward in the width direction by the force acting in the pulling direction, and the amount of bending is reduced. Further, the piezoelectric film 70
Found that the smaller the amount of deflection, the better the piezoelectric properties. Therefore, by reducing the amount of bending of the piezoelectric film 70, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 70 are improved,
The excluded volume can be increased.

【0076】上述の説明では、圧電体能動部320をパ
ターニングした後、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。な
お、本実施形態では、コンタクトホール90aは、圧力
発生室12に対向する位置に設けられているが、圧電体
能動部320の圧電体膜70及び上電極膜80を圧力発
生室12の周壁に対向する領域まで延設し、圧力発生室
12の周壁に対向する位置にコンタクトホール90aを
設けてもよい。
In the above description, the pressure generating chamber 12 is formed after the piezoelectric active portion 320 is patterned. However, in actuality, as shown in FIG. 2, at least the upper surface of each upper electrode film 80 is formed. An insulating layer 90 having electrical insulation is formed so as to cover the periphery and 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 to be formed, and each upper electrode film 80 is formed through the contact hole 90a. A lead electrode 100 having one end connected and the other end extending to the connection terminal may be formed. Here, the lead electrode 100
Is preferably formed to have a width as narrow as possible so as to reliably supply a drive signal to the upper electrode film 80. In the present embodiment, the contact hole 90 a is provided at a position facing the pressure generating chamber 12, but the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 of the piezoelectric active part 320 are provided on the peripheral wall of the pressure generating chamber 12. The contact hole 90a may be provided at a position extending to the facing region and facing the peripheral wall of the pressure generating chamber 12.

【0077】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 series of film formation and anisotropic etching described above, a 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.

【0078】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 external ink supply means (not shown), fills the inside 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.

【0079】ここで、本実施形態の圧電振動子の駆動時
に、振動板に加わる力と弾性変形量との関係を図8
(a)に示す。図示のように、本実施形態では、初期段
階で、振動板に変形がないので、駆動時に発生する力F
に対する変形Tが弾性変形域で生じることになる。一
方、図8(b)に示すように、初期に加わった力fによ
り、初期変形tが生じている場合には、駆動時に力Fが
加ると、塑性変形領域に入ってしまうので、対応する変
形Tは得られずに変形T’が生じることになり、(T−
T’)が変形の損失となる。
FIG. 8 shows the relationship between the force applied to the diaphragm and the amount of elastic deformation when the piezoelectric vibrator of this embodiment is driven.
(A). As shown in the drawing, in the present embodiment, since the diaphragm is not deformed in the initial stage, the force F generated at the time of driving is obtained.
Is generated in the elastic deformation region. On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the initial deformation t is caused by the force f applied at the initial stage, if the force F is applied at the time of driving, it enters the plastic deformation region. Is not obtained, a deformation T ′ occurs, and (T−
T ′) is the loss of deformation.

【0080】なお、上述のように、本実施形態では、引
張り膜51を、Pt,ir等で形成し、圧縮膜53をジ
ルコニア等で形成するようにしたが、これに限定され
ず、例えば、引張り膜53を、例えば、MgO、Ca
O、又は希土類酸化物等の添加物を数%程度添加するこ
とにより、引張り応力とした安定もしくは部分安定化ジ
ルコニア等で形成するようにしてもよい。このとき、圧
縮膜53を、引張り膜51に近似した材料であることが
好ましく、例えば、圧縮応力を有する単斜晶系のジルコ
ニア等が好適である。このように、引張り膜51と圧縮
膜53とを、近似した材料で形成することにより、両者
の密着性が向上するという効果を奏する。また、このよ
うな構成の場合には、弾性膜50をジルコニアで形成す
ることにより、引張り膜51が他の膜と接触する部分全
てが、近似した材料で形成されていることになり密着性
がさらに向上する。
As described above, in the present embodiment, the tension film 51 is formed of Pt, ir, etc., and the compression film 53 is formed of zirconia or the like. However, the present invention is not limited to this. The tensile film 53 is made of, for example, MgO, Ca
By adding an additive such as O or a rare earth oxide of about several percent, the material may be formed of stable or partially stabilized zirconia having a tensile stress. At this time, the compression film 53 is preferably made of a material similar to the tensile film 51, and for example, monoclinic zirconia having a compressive stress is suitable. As described above, by forming the tensile film 51 and the compression film 53 with similar materials, an effect of improving the adhesion between them can be obtained. Further, in the case of such a configuration, by forming the elastic film 50 of zirconia, all portions where the tensile film 51 is in contact with other films are formed of similar materials, and the adhesion is improved. Further improve.

【0081】また、本実施形態では、引張り膜除去部5
2は、引張り膜51を厚さ方向に完全に除去することに
より形成されているが、これに限定されず、例えば、図
9に示すように、引張り膜51の厚さ方向の少なくとも
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
成してもよい。なお、この引張り膜除去部52の深さ
は、特に限定されないが、引張り膜51の引張応力が開
放される力はこの深さに比例するため、膜全体の応力バ
ランスから考慮して決定すればよい。このような構成に
よっても、上述と同様な効果を得ることができ、また圧
縮膜53との接着面が同一材料で構成されるため、密着
性が向上する。
In this embodiment, the tensile film removing unit 5
2 is formed by completely removing the tensile film 51 in the thickness direction, but is not limited thereto. For example, as shown in FIG. It may be formed by removing by half etching or the like. The depth of the tensile film removing portion 52 is not particularly limited. However, since the force at which the tensile stress of the tensile film 51 is released is proportional to this depth, it can be determined in consideration of the stress balance of the entire film. Good. With such a configuration, the same effect as described above can be obtained, and since the bonding surface with the compression film 53 is made of the same material, the adhesion is improved.

【0082】(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.

【0083】例えば、上述の実施形態では、引張り膜5
1上に形成された圧縮膜53を圧縮応力としたが、これ
に限定されず、少なくとも引張り膜51よりも小さい応
力であれば、引張応力であってもよい。
For example, in the above embodiment, the tensile film 5
Although the compressive film 53 formed on the substrate 1 is used as a compressive stress, the present invention is not limited to this, and a tensile stress may be used as long as the stress is at least smaller than that of the tensile film 51.

【0084】また、本実施形態では、この圧縮膜53上
に下電極膜60を形成するようにしたが、これに限定さ
れず、例えば、圧縮膜53が下電極膜60を兼ねるよう
にしてもよいし、例えば、圧縮膜53を設けずに、引張
り膜51上に下電極膜60を形成するようにしてもよ
い。
In the present embodiment, the lower electrode film 60 is formed on the compression film 53. However, the present invention is not limited to this. For example, the compression film 53 may also serve as the lower electrode film 60. Alternatively, for example, the lower electrode film 60 may be formed on the tension film 51 without providing the compression film 53.

【0085】また、例えば、上述した封止板20の他、
共通インク室形成板30をガラスセラミックス製として
もよく、さらには、薄肉膜41を別部材としてガラスセ
ラミックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由
である。
For example, in addition to the sealing plate 20 described above,
The common ink chamber forming plate 30 may be made of glass ceramic, and further, the thin film 41 may be made of glass ceramic as a separate member, and the material, structure and the like can be freely changed.

【0086】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.

【0087】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図10、その流路の断面を図11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. 10 is an exploded perspective view of the embodiment constructed as described above, and FIG. 11 is a sectional view of the flow path. In this embodiment, the nozzle openings 11 are drilled in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric vibrator, and these nozzle openings 11
A nozzle communication port 22 for communicating the pressure generating chamber 12 with the pressure generating chamber 12 is provided so as to penetrate the sealing plate 20, the common ink chamber forming plate 30, the thin plate 41A, and the ink chamber side plate 40A.

【0088】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。
This 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.

【0089】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、弾性膜上に引張り膜を形成するこ
とにより、弾性膜の初期撓みを低減し、圧電体能動部の
駆動による変形量を実質的に増加することができる。
Here, also in this embodiment, as in the above-described embodiment, by forming a tensile film on the elastic film, the initial deflection of the elastic film is reduced, and the amount of deformation due to the driving of the piezoelectric active portion is reduced. Can be substantially increased.

【0090】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.

【0091】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.

【0092】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.

【0093】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.

【0094】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12
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 the 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.

【0095】図12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. 12, 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.

【0096】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.

【0097】[0097]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
弾性膜上に引っ張り応力を有する引張り膜を形成し、そ
の圧電体能動部に対応する部分の少なくとも一部を厚さ
方向に引張り膜除去部を形成することにより、圧力発生
室を形成する際、圧電体層が幅方向外側に引張られるこ
とによって、圧電体層の圧電特性が向上され、排除体積
が向上するという効果を奏する。
As described above, according to the present invention,
Forming a tensile film having a tensile stress on the elastic film, forming at least a part of the portion corresponding to the piezoelectric active portion in the thickness direction to form a tensile film removing portion, when forming the pressure generating chamber, By pulling the piezoelectric layer outward in the width direction, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer are improved, and the volume removed is 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】本実施形態の圧電体能動部が圧力発生室形成時
に受ける応力の状態を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state of stress applied to the piezoelectric active portion of the present embodiment when the pressure generating chamber is formed.

【図7】従来の圧電体能動部が圧力発生室形成時に受け
る応力の状態を示す図である。
FIG. 7 is a view showing a state of stress applied to a conventional piezoelectric active portion when forming a pressure generating chamber.

【図8】圧電振動子の駆動時に、振動板に加わる力と弾
性変形量との関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the force applied to the diaphragm and the amount of elastic deformation when the piezoelectric vibrator is driven.

【図9】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッド変形例を示す要部断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a principal part showing a modified example of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図10】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分解斜視図である。
FIG. 10 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図11】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. 11 is a cross-sectional view showing an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図12】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. 12 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 12 圧力発生室 50 弾性膜 51 引張り膜 52 引張り膜除去部 53 圧縮膜 54 圧縮膜除去部 60 下電極膜 70 圧電体膜 80 上電極膜 90 絶縁体層 100 リード電極 300 圧電振動子 320 圧電体能動部 REFERENCE SIGNS LIST 10 flow path forming substrate 12 pressure generating chamber 50 elastic film 51 tensile film 52 tensile film removing section 53 compression film 54 compression film removing section 60 lower electrode film 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 90 insulator layer 100 lead electrode 300 piezoelectric vibration Child 320 Piezoelectric active part

Claims (17)

【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
を構成する弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下電極
と、該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備え、前記圧力発生室に対
応する領域毎に形成された前記圧電体層と前記下電極及
び前記上電極とを含む圧電振動子を形成したインクジェ
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圧電体層の幅方向両側の
腕部の前記弾性膜を構成する膜の応力が、その間の前記
弾性膜を構成する膜の応力より引張り方向に大きいこと
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; An ink jet type comprising an upper electrode formed on the surface of the body layer, and forming a piezoelectric vibrator including the piezoelectric layer, the lower electrode, and the upper electrode formed for each region corresponding to the pressure generating chamber. In the recording head, the stress of the film forming the elastic film of the arm portion on both sides in the width direction of the piezoelectric layer forming the piezoelectric vibrator is greater in the tensile direction than the stress of the film forming the elastic film therebetween. An ink jet recording head, characterized in that:
【請求項2】 請求項1において、前記弾性膜は、少な
くとも前記腕部に引張応力を持つ引張り膜を有し、当該
引張り膜は前記腕部の間では少なくとも厚さ方向の一部
が除去された引張り膜除去部が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。
2. The elastic film according to claim 1, wherein the elastic film has a tensile film having a tensile stress on at least the arm portion, and the tensile film has at least a part in a thickness direction removed between the arm portions. An ink jet recording head, wherein a tensile film removing portion is formed.
【請求項3】 請求項2において、前記引張り膜除去部
は、前記圧電振動子の幅よりも若干幅狭であることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッド。
3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein the tensile film removing portion is slightly narrower than the width of the piezoelectric vibrator.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記引
張り膜は、金属膜からなることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッド。
4. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said tensile film is made of a metal film.
【請求項5】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記引
張り膜は、金属酸化膜からな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 said tensile film is made of a metal oxide film.
【請求項6】 請求項2〜5の何れかにおいて、前記引
張り膜除去部の上側には、前記引張り膜より引張応力が
小さいか又は圧縮応力を有する非引張り膜を有すること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
6. An ink jet printer according to claim 2, wherein a non-tensile film having a smaller tensile stress or a smaller compressive stress than said tensile film is provided above said tensile film removing portion. Type recording head.
【請求項7】 請求項6において、前記非引張り膜が、
上記下電極を兼ねていることを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッド。
7. The method according to claim 6, wherein the non-tensile film comprises:
An ink jet recording head, which also serves as the lower electrode.
【請求項8】 請求項6又は7において、前記非引張り
膜は、前記圧電振動子と共に前記圧力発生室毎にパター
ニング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. The ink jet recording head according to claim 6, wherein the non-tensile film is patterned for each of the pressure generating chambers together with the piezoelectric vibrator.
【請求項9】 請求項6〜8の何れかにおいて、前記非
引張り膜は、金属の酸化物からなる圧縮膜であることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
9. The ink jet recording head according to claim 6, wherein the non-tensile film is a compression film made of a metal oxide.
【請求項10】 請求項1〜9の何れかにおいて、前記
上電極は、圧縮応力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。
10. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the upper electrode has a compressive stress.
【請求項11】 請求項1〜10の何れかにおいて、前
記下電極は、前記圧力発生室に対向する領域の長手方向
の少なくとも一端部からその外側へ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。
11. The ink jet printer according to claim 1, wherein the lower electrode extends from at least one longitudinal end of a region facing the pressure generating chamber to the outside thereof. Type recording head.
【請求項12】 請求項1〜11の何れかにおいて、前
記上電極及び前記圧電体層は、前記圧力発生室に対向す
る領域の長手方向の少なくとも一端部からその外側へ延
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。
12. The pressure sensor according to claim 1, wherein the upper electrode and the piezoelectric layer extend outward from at least one longitudinal end of a region facing the pressure generating chamber. An ink jet recording head characterized by the following.
【請求項13】 請求項11又は12において、前記下
電極の延設方向と前記上電極及び前記圧電体層の延設方
向とが異なることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッド。
13. The ink jet recording head according to claim 11, wherein the extending direction of the lower electrode is different from the extending direction of the upper electrode and the piezoelectric layer.
【請求項14】 請求項13において、前記下電極又は
前記上電極の何れか一方が共通電極となっていることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
14. The ink jet recording head according to claim 13, wherein one of the lower electrode and the upper electrode is a common electrode.
【請求項15】 請求項1〜14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。
15. 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16】 請求項1〜15の何れかにおいて、前
記圧電体層は、ゾル−ゲル法あるいはスパッタリング法
で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。
16. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said piezoelectric layer is formed by a sol-gel method or a sputtering method.
【請求項17】 請求項1〜16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。
17. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1. Description:
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