JPH1191104A - Ink-jet type recording head, its manufacture, and ink-jet type recording apparatus - Google Patents
Ink-jet type recording head, its manufacture, and ink-jet type recording apparatusInfo
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- JPH1191104A JPH1191104A JP20943198A JP20943198A JPH1191104A JP H1191104 A JPH1191104 A JP H1191104A JP 20943198 A JP20943198 A JP 20943198A JP 20943198 A JP20943198 A JP 20943198A JP H1191104 A JPH1191104 A JP H1191104A
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- B41J2002/14419—Manifold
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素
子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 part of a pressure generating chamber which communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets, which is constituted by a vibrating plate. The present invention relates to an ink jet recording head for ejecting ink droplets by displacement, 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振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータ使用したものの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 constituted by a vibrating plate, and the vibrating plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generating chamber to pass through the nozzle opening. An ink jet recording head for ejecting ink droplets uses a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and a flexural vibration mode piezoelectric actuator.
The types have been put to practical use.
【0003】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素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
圧電素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 element into contact with the diaphragm, so that a head suitable for high-density printing can be manufactured. There is a problem in that a difficult process of cutting into a comb shape in accordance with the arrangement pitch of the openings and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are required, and the manufacturing process is complicated.
【0004】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
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 element can be formed on a diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of a pressure generating chamber and firing the green sheet. In addition, there is a problem that a certain area is required due to the use of flexural vibration, and that high-density arrangement is difficult.
【0005】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平5−286131号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素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 diaphragm by a film forming technique as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-286131. A proposal has been made in which the piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chambers by a lithography method, and a piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber.
【0006】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能
になるという利点がある。なお、この場合、圧電材料層
は振動板の表面全体に設けたままで少なくとも上電極の
みを各圧力発生室毎に設けることにより、各圧力発生室
に対応する圧電アクチュエータを駆動することができる
が、単位駆動電圧当たりの変位量および圧力発生室に対
向する部分とその外部とを跨ぐ部分で圧電体層へかかる
応力の問題から、圧電体層および上電極からなる圧電体
能動部は圧力発生室外に出ないように形成するのが望ま
しい。[0006] According to this, the operation of attaching the piezoelectric element to the diaphragm becomes unnecessary, and not only can the piezoelectric element be manufactured by a precise and simple method such as lithography, but also the thickness of the piezoelectric element can be reduced. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed. In this case, the piezoelectric actuator corresponding to each pressure generating chamber can be driven by providing at least the upper electrode only for each pressure generating chamber while the piezoelectric material layer is provided on the entire surface of the vibration plate. Due to the problem of the amount of displacement per unit drive voltage and the stress applied to the piezoelectric layer at the part facing the pressure generating chamber and the part that crosses the outside, the piezoelectric active part consisting of the piezoelectric layer and the upper electrode is located outside the pressure generating chamber. It is desirable to form so as not to come out.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】一般に圧電体薄膜の圧
電定数は厚膜の場合と比較して2分の1から3分の1し
かないので、有効なインクの吐出量を得るのが困難であ
る。In general, the piezoelectric constant of a piezoelectric thin film is only one-half to one-third that of a thick thin film, so that it is difficult to obtain an effective ink discharge amount. is there.
【0008】そこで、圧電アクチュエータの駆動による
変位量を大きくするためには振動板として作用する下電
極を薄くしてコンプライアンスを大きくするのが望まし
いが、逆に付加できる加圧力が小さくなってしまうとい
う問題がある。Therefore, in order to increase the amount of displacement caused by driving the piezoelectric actuator, it is desirable to increase the compliance by reducing the thickness of the lower electrode acting as a vibration plate. There's a problem.
【0009】本発明はこのような事情に鑑み、共通電極
としての下電極の作用を十分に確保しつつコンプライア
ンスを小さく抑えつつ変位量を増大し、吐出速度増大、
駆動電圧低下を図ることができ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
置を提供することを課題とする。In view of such circumstances, the present invention increases the amount of displacement while suppressing the compliance while sufficiently ensuring the function of the lower electrode as the common electrode, and increases the discharge speed.
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 capable of reducing the driving voltage.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】前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、前記圧力発生室に対応する領
域の前記弾性膜上に設けられ且つ下電極、圧電体層及び
上電極を含む圧電素子とを備えたインクジェット式記録
ヘッドにおいて、前記圧電素子を形成する前記圧電体層
及び前記上電極が、前記圧力発生室に対向する領域毎に
且つ当該圧力発生室に対向する領域外に及ぶことなく形
成され、前記下電極は前記各圧力発生室に対向する領域
の部分とこれらの領域の部分を互いに接続すると共に外
部と接続する配線パターン部とが連続的に形成され、且
つ前記圧力発生室に対向する部分で前記圧電素子を構成
する前記圧電体層が形成されていない部分の少なくとも
一部以外は除去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 first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, an elastic film forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and a region corresponding to the pressure generating chamber are provided. In an ink jet recording head provided on the elastic film and including a lower electrode, a piezoelectric layer, and a piezoelectric element including an upper electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode forming the piezoelectric element may include the pressure generation. The lower electrode is formed for each region facing the chamber and without extending outside the region facing the pressure generation chamber, and the lower electrode connects the portion of the region facing each pressure generation chamber and the portion of these regions to each other. A wiring pattern portion connected to the outside is continuously formed, and at least a part of the portion facing the pressure generating chamber where the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is not formed is removed except for at least a part. In an ink jet recording head, characterized by that.
【0011】かかる第1の態様では、圧力発生室に対向
する前記圧電素子を構成する前記圧電体層及び前記上電
極のパターンは圧力発生室に対向する領域外に及んでお
らず、下電極は圧力発生室の縁部に対向する領域では少
なくとも一部以外は除去されているので、圧電素子の駆
動による応力が小さく抑えられ、また、変位量が大きく
向上する。In the first aspect, the pattern of the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric element facing the pressure generating chamber does not extend outside the region facing the pressure generating chamber, and the lower electrode is Since at least a part of the region facing the edge of the pressure generating chamber is removed, the stress due to the driving of the piezoelectric element is suppressed to a small value, and the displacement is greatly improved.
【0012】本発明の第2の態様は、第1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部分で前記
圧電素子を構成する前記圧電体層が形成されていない部
分の少なくとも長手方向一端部以外は除去されているこ
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 lower electrode is at least a longitudinal portion of a portion facing the pressure generating chamber where the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is not formed. An ink jet recording head is characterized in that portions other than one end in the direction are removed.
【0013】かかる第2の態様では、圧電素子の駆動に
よる応力が小さく抑えられ、且つ長手方向端部の破壊等
が防止できる。In the second aspect, the stress due to the driving of the piezoelectric element is suppressed to a small value, and breakage of the longitudinal end can be prevented.
【0014】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記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、前記圧電素子の各層が薄
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 third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by a thin film and a lithography method. An ink jet recording head is characterized in that:
【0015】かかる第3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 third aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.
【0016】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記上電極の上面には絶縁体層が形成
され、該絶縁体層にはリード電極と前記上電極とのコン
タクト部を形成するための窓であるコンタクトホール部
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 fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, an insulator layer is formed on an upper surface of the upper electrode, and a lead electrode and the upper electrode are formed on the insulator layer. An ink jet type recording head having a contact hole portion which is a window for forming the contact portion.
【0017】かかる第4の態様では、各圧電素子とリー
ド電極とはコンタクトホール部を介して接続される。In the fourth aspect, each piezoelectric element and the lead electrode are connected via the contact hole.
【0018】本発明の第5の態様は、第1〜4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にある。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus comprising any one of the first to fourth ink jet recording heads.
【0019】かかる第5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 fifth 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.
【0020】本発明の第5の態様は、シリコン基板上に
二酸化シリコン膜、下電極、圧電体層及び上電極をこの
順に順次形成する第1の工程と、前記下電極、前記圧電
体層及び前記上電極を同時にパターニングして前記下電
極の全体の配線パターンを形成する第2の工程と、前記
圧電体層及び前記上電極をパターニングして各圧力発生
室に対向する領域内に圧電素子を形成する第3の工程
と、前記下電極をパターニングして前記各圧力発生室に
対向する領域内で前記圧電素子を構成する前記圧電体層
が形成されていない部分のうち、領域外の配線パターン
部と連続する部分以外を除去する第4の工程とを有する
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方
法にある。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a first step of sequentially forming a silicon dioxide film, a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode on a silicon substrate in this order; A second step of simultaneously patterning the upper electrode to form an entire wiring pattern of the lower electrode, and patterning the piezoelectric layer and the upper electrode to form a piezoelectric element in a region facing each pressure generating chamber. A third step of forming, and a wiring pattern outside a region of the portion where the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is not formed in a region facing the pressure generating chambers by patterning the lower electrode. And a fourth step of removing a portion other than the portion that is continuous with the portion.
【0021】かかる第5の態様では、二酸化シリコン膜
上に形成された下電極の全体パターンと、圧力発生室に
対向する領域内に形成される圧電素子と、この圧電素子
の周囲の下電極の前記全体パターンとの連続部以外を除
去した除去部とを形成するので、圧電素子には駆動によ
る応力が小さく抑えられ、また、変位量が大きく向上す
る。According to the fifth aspect, the entire pattern of the lower electrode formed on the silicon dioxide film, the piezoelectric element formed in the region facing the pressure generating chamber, and the lower electrode surrounding the piezoelectric element are formed. Since the removed portion is formed by removing a portion other than the continuous portion with the entire pattern, the stress due to the driving of the piezoelectric element is suppressed to a small value, and the displacement is greatly improved.
【0022】本発明の第6の態様は、第5の態様におい
て、前記第4の工程で除去される下電極は、前記圧力発
生室の幅方向両側の部分であることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法にある。According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the lower electrode removed in the fourth step is a portion on both sides in the width direction of the pressure generating chamber. A method for manufacturing a recording head.
【0023】かかる第6の態様では、圧電素子を構成す
る圧電体層の両側の腕に当たる部分の下電極が除去され
るので、コンプライアンスを小さく維持したまま、変位
量を大きくできる。According to the sixth aspect, since the lower electrode is removed from the portion corresponding to the arms on both sides of the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element, the displacement can be increased while keeping the compliance small.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】以下に本発明を一実施形態に基づ
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 one embodiment.
【0025】(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 shows a cross-sectional structure in a longitudinal direction of one of the pressure generating chambers. FIG.
【0026】図示するように、流路形成基板10は、本
実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板10としては、通常、150〜3
00μm程度の厚さのものが用いられ、望ましくは18
0〜280μm程度、より望ましくは220μm程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, usually 150 to 3
A thickness of about 00 μm is used.
Those having a thickness of about 0 to 280 μm, more preferably about 220 μm are suitable. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.
【0027】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 of silicon dioxide formed by thermal oxidation in advance.
【0028】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.
【0029】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 is formed. A second (1) which forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane.
11) plane, and the etching rate of the (111) plane is about 1/1 compared to the etching rate of the (110) plane.
This is performed using the property of being 80.
By such anisotropic etching, two first (11
Precision processing can be performed based on depth processing of a parallelogram formed by the 1) plane and two oblique second (111) planes, and the pressure generating chambers 12 can be arranged at high density. it can.
【0030】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.
【0031】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.
【0032】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.
【0033】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
【0034】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 coefficient of linear expansion 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.
【0035】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.
【0036】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 has one surface constituting 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.
【0037】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、圧電素子30
0を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極
膜60、圧電体膜70、及び上電極膜80を含む部分を
いう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極
を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜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は圧電素子300の共通電極と
し、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としてい
るが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障は
ない。何れの場合においても、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。また、ここで、圧
電素子300と該圧電素子300の駆動により変位を生
じさせる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称す
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, 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.
0. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80. Generally, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric film 70 are patterned for 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 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300 and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Here, the piezoelectric element 300 and a vibration plate that generates displacement by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.
【0038】本実施形態では、詳細を後述するように、
圧力発生室12毎に圧電体膜70及び上電極膜80を形
成し、且つ圧力発生室12の幅方向両側の圧電アクチュ
エータの腕部分となる下電極膜60を除去し、変位量を
大きくしている。また、下電極膜60の各圧力発生室1
2に対応する部分と全体パターンとの接続は、圧力発生
室12の長手方向両端部において行っている。In this embodiment, as will be described in detail later,
The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are formed for each pressure generating chamber 12, and the lower electrode film 60, which is the arm portion of the piezoelectric actuator on both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12, is removed to increase the displacement. I have. Also, each pressure generating chamber 1 of the lower electrode film 60
The connection between the portion corresponding to No. 2 and the entire pattern is made at both ends in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12.
【0039】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板10上に、圧電体膜70等を形成するプロセス
を図4及び図5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 FIGS.
【0040】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.
【0041】次に、図4(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成する。下電極膜60の材料
としては、Pt等が好適である。これは、スパッタリン
グ法やゾル−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600〜10
00℃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。Next, as shown in FIG. 4B, a lower electrode film 60 is formed by sputtering. Pt or the like is preferable as the material of the lower electrode film 60. This is because a piezoelectric film 70 described later, which is formed by a sputtering method or a sol-gel method,
After film formation, 600 to 10 in an air atmosphere or an oxygen atmosphere
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 00 ° 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.
【0042】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
リング法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 a sputtering method, but in the present embodiment, a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and further baked at a high temperature. A so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric film 70 made of a metal oxide is used. As a material for the piezoelectric film 70, a lead zirconate titanate (PZT) -based material is suitable when used in an ink jet recording head.
【0043】次に、図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.
【0044】次に、図5に示すように、下電極膜60、
圧電体膜70及び上電極膜80をパターニングする。Next, as shown in FIG. 5, the lower electrode film 60,
The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned.
【0045】まず、図5(a)に示すようなレジストパ
ターン210を形成した後、下電極膜60、圧電体膜7
0及び上電極膜80を一緒にエッチングし、図5(b)
に示すように、下電極膜60の全体パターンをパターニ
ングする。First, after forming a resist pattern 210 as shown in FIG. 5A, the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 7 are formed.
0 and the upper electrode film 80 are etched together, and FIG.
As shown in (1), the entire pattern of the lower electrode film 60 is patterned.
【0046】ここで、レジストパターン210は、例え
ば、ネガレジストHR−100(富士ハント社製)をス
ピンコートなどにより塗布し、所定形状のマスクを用い
て露光・現像・ベークを行うことにより形成する。な
お、勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用い
てもよい。Here, the resist pattern 210 is formed, for example, by applying a negative resist HR-100 (manufactured by Fuji Hunt) by spin coating or the like, and performing exposure, development, and baking using a mask having a predetermined shape. . Of course, a positive resist may be used instead of the negative resist.
【0047】また、エッチングは、ドライエッチング装
置、例えば、イオンミリング装置を用いて弾性膜50が
露出するまで行う。なお、レジストパターン210は、
アッシング装置等を用いて除去する。The etching is performed using a dry etching apparatus, for example, an ion milling apparatus until the elastic film 50 is exposed. In addition, the resist pattern 210
It is removed using an ashing device or the like.
【0048】ドライエッチング法としては、イオンミリ
ング法以外に、反応性エッチング法等を用いてもよい。
また、ドライエッチングの代わりにウェットエッチング
を用いることも可能であるが、ドライエッチング法と比
較してパターニング精度が多少劣り、上電極膜80の材
料も制限されるので、ドライエッチングを用いるのが好
ましい。As the dry etching method, a reactive etching method or the like may be used other than the ion milling method.
It is also possible to use wet etching instead of dry etching, but it is preferable to use dry etching because patterning accuracy is somewhat inferior to dry etching and the material of the upper electrode film 80 is limited. .
【0049】次に、図5(c)に示すように、下電極の
全体パターン以外の部分で弾性膜50が露出した部分
と、圧力発生室12に対向する領域を覆うレジストパタ
ーン220を用いて、圧電体膜70及び上電極膜80の
みをエッチングし、図5(d)に示すように、圧電体能
動部320のパターニングを行って、圧力発生室12に
対向する領域以外との膜の連続を遮断する。なお、ここ
でのレジストパターン220の形成及びエッチングは上
述した工程と同様に行うことができる。Next, as shown in FIG. 5C, the resist pattern 220 is used to cover the portion of the lower electrode other than the entire pattern where the elastic film 50 is exposed and the region facing the pressure generating chamber 12. Then, only the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched, and as shown in FIG. Cut off. Note that the formation and etching of the resist pattern 220 can be performed in the same manner as in the above-described steps.
【0050】ここで、圧電体能動部320以外の圧電体
膜70及び上電極膜80を基本的に除去するようにして
いるが、下電極膜60の全体パターン以外の部分には二
酸化シリコンからなる弾性膜50が露出しているので、
同様にこの部分をエッチングから保護するため、レジス
トパターン220は、下電極膜60の全体パターンの外
周縁部を覆うように形成している。したがって、図6に
示すように、下電極膜全体パターン330の外周縁部に
は、圧電体膜70及び上電極膜80からなる細帯部34
0が形成される。Here, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 other than the piezoelectric active portion 320 are basically removed, but the portion other than the entire pattern of the lower electrode film 60 is made of silicon dioxide. Since the elastic film 50 is exposed,
Similarly, in order to protect this portion from etching, the resist pattern 220 is formed so as to cover the outer peripheral portion of the entire pattern of the lower electrode film 60. Therefore, as shown in FIG. 6, the narrow band portion 34 composed of the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 is provided on the outer peripheral edge of the entire lower electrode film pattern 330.
0 is formed.
【0051】次に、図5(e)に示すように、各圧力発
生室12(図5では圧力発生室12は形成前であるが、
破線で示す)の幅方向両側に対向した領域である圧電体
能動部320の両側の振動子の腕に相当する部分以外を
覆うレジストパターン230を用い、図5(f)に示す
ように下電極膜60をパターニングすることにより、下
電極膜除去部350を形成する。このように下電極膜除
去部350を設けることにより、圧電体能動部320へ
の電圧印加による変位量の向上を図るものである。Next, as shown in FIG. 5 (e), each pressure generating chamber 12 (in FIG. 5, the pressure generating chamber 12 has not been formed yet,
As shown in FIG. 5F, a lower electrode is used as shown in FIG. By patterning the film 60, a lower electrode film removal part 350 is formed. By providing the lower electrode film removing section 350 in this manner, the amount of displacement due to voltage application to the piezoelectric active section 320 is improved.
【0052】以上説明したように、まず、下電極膜60
の全体のパターン330を形成し、次いで、圧電体能動
部320をパターニングし、最後に下電極膜除去部35
0をパターニングすることによりパターニングが完了す
る。As described above, first, the lower electrode film 60
Is formed, the piezoelectric active portion 320 is patterned, and finally, the lower electrode film removing portion 35 is formed.
By patterning 0, the patterning is completed.
【0053】以上のように、下電極膜60等をパターニ
ングした後には、好ましくは、各上電極膜80の上面の
少なくとも周縁、圧電体膜70の側面、及び下電極膜6
0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)。ここで、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, at least the periphery of the upper surface of each upper electrode film 80, the side surface of the piezoelectric film 70, and the lower electrode film 6
Insulator layer 90 having electrical insulation so as to cover the side surface
Is formed (see FIG. 1). Here, the insulator layer 90 is made of a material that can be formed by a film forming method or shaped by etching, for example, silicon oxide, silicon nitride, an organic material, preferably a photosensitive polyimide having low rigidity and excellent electrical insulation. It is preferred to form with.
【0054】そして、絶縁体層90の各圧電体能動部3
20の一端部に対応する部分の上面を覆う部分の一部に
はリード電極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1
00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。Then, each piezoelectric active portion 3 of the insulator layer 90
A contact hole 90 a that exposes a part of the upper electrode film 80 for connecting to the lead electrode 100 is formed in a part of the part that covers the upper surface of the part corresponding to one end of the 20. One end is connected to each upper electrode film 80 via the contact hole 90a, and the other end is formed with a lead electrode 100 extending to the connection terminal portion. Lead electrode 1
The reference numeral 00 is formed so as to have a width as narrow as possible so as to reliably supply a drive signal to the upper electrode film 80.
【0055】このような絶縁体層の形成プロセスを図7
に示す。FIG. 7 shows a process of forming such an insulator layer.
Shown in
【0056】まず、図7(a)に示すように、上電極膜
80の周縁部及び圧電体膜70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. 7A, an insulator layer 90 is formed so as to cover the periphery of the upper electrode film 80 and the side surface of the piezoelectric film 70. Suitable materials for the insulator layer 90 are as described above, but in the present embodiment, a negative photosensitive polyimide is used.
【0057】次に、図7(b)に示すように、絶縁体層
90をパターニングすることにより、各圧力発生室12
のインク供給側の端部近傍に対応する部分にコンタクト
ホール90aを形成する。このコンタクトホール90a
は、リード電極100と上電極膜80との接続をするた
めのものである。なお、コンタクトホール90aは、圧
力発生室12の他の部分、例えば、中央部やノズル側端
部に設けてもよい。Next, as shown in FIG. 7B, by patterning the insulator layer 90, each of the pressure generating chambers 12 is formed.
A contact hole 90a is formed in a portion corresponding to the vicinity of the end on the ink supply side. This contact hole 90a
Is for connecting the lead electrode 100 and the upper electrode film 80. The contact hole 90a may be provided in another part of the pressure generating chamber 12, for example, in a central part or an end on the nozzle side.
【0058】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を形成する。Next, for example, a lead electrode 100 is formed by depositing a conductor such as Cr-Au on the entire surface and then patterning it.
【0059】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7(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. 7C, 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.
【0060】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.
【0061】(他の実施形態)以上、本発明の一実施形
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 embodiment of the present invention has been described above, but the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to the above-described one.
【0062】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 above-described 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.
【0063】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.
【0064】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図8、その流路の断面を図9にぞれぞれ示す。この実
施形態では、ノズル開口11が圧電素子とは反対のノズ
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2
0,共通インク室形成板30及び薄肉板41A及びイン
ク室側板40Aを貫通するように配されている。FIG. 8 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the flow path. In this embodiment, the nozzle opening 11 is formed in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric element, and the nozzle communication port 22 for communicating the nozzle opening 11 with the pressure generating chamber 12 is provided in the sealing plate 2.
0, the common ink chamber forming plate 30, the thin plate 41A, and the ink chamber side plate 40A are arranged so as to penetrate therethrough.
【0065】なお、本実施形態は、その他、薄肉板41
Aとインク室側板40Aとを別部材とし、インク室側板
40に開口40bを形成した以外は、基本的に上述した
実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略する。In this embodiment, the thin plate 41
A is basically the same as the above-described embodiment except that the ink chamber side plate 40A and the ink chamber side plate 40A are separate members, and the opening is formed in the ink chamber side plate 40. Is omitted.
【0066】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.
【0067】さらに、上述の実施形態では、圧電素子と
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, in the above-described embodiment, the example in which the insulator layer is provided between the piezoelectric element and the lead electrode has been described.
The present invention is not limited to this. For example, without providing an insulator layer, an anisotropic conductive film is thermally welded to each upper electrode, and this anisotropic conductive film is connected to a lead electrode. The connection may be made using various bonding techniques.
【0068】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.
【0069】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図10
は、そのインクジェット式記録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 or 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.
【0070】図10に示すように、インクジェット式記
録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、
インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが
着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び
1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付け
られたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、
それぞれブラックインク組成物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. 10, 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.
【0071】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.
【0072】[0072]
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
圧電素子が圧力発生室に対向する領域以外に及ばないよ
うに形成され、圧力発生室に対向する前記圧電素子に対
向する部分以外の下電極膜が最大限除去されているの
で、変形量を最大限に大きくできるが、圧電体膜等の破
壊等の虞もないという効果を奏する。As described above, in the present invention,
The piezoelectric element is formed so as not to extend beyond the region facing the pressure generating chamber, and the lower electrode film other than the portion facing the piezoelectric element facing the pressure generating chamber is removed to the maximum, so that the amount of deformation is maximized. However, there is an effect that there is no fear of destruction of the piezoelectric film and the like.
【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の要部を示す平面図であ
る。FIG. 6 is a plan view showing a main part of the first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施形態1の絶縁体層及び圧力発生室
の形成工程を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a process of forming an insulator layer and a pressure generating chamber according to the first embodiment of the present invention.
【図8】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
【図9】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドを示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
【図10】本発明の一実施形態に係るインクジェット式
記録装置の概略を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view schematically showing an ink jet recording apparatus according to one embodiment of the present invention.
10 流路形成基板 11 ノズル開口 12 圧力発生室 50 弾性膜 60 下電極膜 70 圧電体膜 80 上電極膜 90 絶縁体層 90a コンタクトホール 100 リード電極 300 圧電素子 310 圧電体能動部 350 下電極膜除去部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 11 nozzle opening 12 pressure generating chamber 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 90 insulating layer 90a contact hole 100 lead electrode 300 piezoelectric element 310 piezoelectric active portion 350 lower electrode film removal Department
Claims (7)
を構成する弾性膜と、前記圧力発生室に対応する領域の
前記弾性膜上に設けられ且つ下電極、圧電体層及び上電
極を含む圧電素子とを備えたインクジェット式記録ヘッ
ドにおいて、 前記圧電素子を構成する前記圧電体層及び前記上電極
が、前記圧力発生室に対向する領域毎に且つ当該圧力発
生室に対向する領域外に及ぶことなく形成され、 前記下電極は前記各圧力発生室に対向する領域の部分と
これらの領域の部分を互いに接続すると共に外部と接続
する配線パターン部とが連続的に形成され、且つ前記圧
力発生室に対向する部分で前記圧電素子を構成する前記
圧電体層が形成されていない部分の少なくとも一部以外
は除去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。1. An elastic film forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on the elastic film in a region corresponding to the pressure generating chamber. In an ink jet recording head comprising a piezoelectric element, the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric element are arranged in each region facing the pressure generation chamber and outside the region facing the pressure generation chamber. The lower electrode is formed in such a manner that a portion of a region facing each of the pressure generating chambers and a wiring pattern portion connecting these portions to each other and connecting to the outside are formed continuously, and An ink jet recording head, wherein at least a part of the portion facing the generation chamber where the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is not formed is removed except at least a part thereof.
力発生室に対向する部分で前記圧電素子を構成する前記
圧電体層が形成されていない部分の少なくとも長手方向
一端部以外は除去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 device according to claim 1, wherein the lower electrode is removed at a portion facing the pressure generating chamber except at least one longitudinal end of a portion where the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is not formed. An ink jet recording head.
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、前記圧電素子の各層が薄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。3. 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 element is formed by a thin film and a lithography method. Inkjet recording head.
電極の上面には絶縁体層が形成され、該絶縁体層にはリ
ード電極と前記上電極とのコンタクト部を形成するため
の窓であるコンタクトホール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。4. The method according to claim 1, wherein an insulator layer is formed on an upper surface of the upper electrode, and the insulator layer has a portion for forming a contact portion between the lead electrode and the upper electrode. An ink jet recording head having a contact hole portion serving as a window.
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。5. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
電極、圧電体層及び上電極をこの順に順次形成する第1
の工程と、前記下電極、前記圧電体層及び前記上電極を
同時にパターニングして前記下電極の全体の配線パター
ンを形成する第2の工程と、前記圧電体層及び前記上電
極をパターニングして各圧力発生室に対向する領域内に
圧電素子を形成する第3の工程と、前記下電極をパター
ニングして前記各圧力発生室に対向する領域内で前記圧
電素子を構成する前記圧電体層が形成されていない部分
のうち、領域外の配線パターン部と連続する部分以外を
除去する第4の工程と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の製造方法。6. A first method for sequentially forming a silicon dioxide film, a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode on a silicon substrate in this order.
And a second step of simultaneously patterning the lower electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode to form an entire wiring pattern of the lower electrode, and patterning the piezoelectric layer and the upper electrode. A third step of forming a piezoelectric element in a region facing each pressure generating chamber, and the piezoelectric layer forming the piezoelectric element in a region facing each of the pressure generating chambers by patterning the lower electrode. And a fourth step of removing a portion other than a portion continuous with the wiring pattern portion outside the region among the portions not formed, the method comprising the steps of:
去される下電極は、前記圧力発生室の幅方向両側の部分
であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの
製造方法。7. The method according to claim 5, wherein the lower electrode removed in the fourth step is located on both sides in the width direction of the pressure generating chamber.
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---|---|---|---|
JP20943198A JP3365486B2 (en) | 1997-07-25 | 1998-07-24 | Ink jet recording head, method of manufacturing the same, and ink jet recording apparatus |
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JP9-200650 | 1997-07-25 | ||
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009292003A (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-17 | Seiko Epson Corp | Liquid droplet delivering head, inkjet printer, method for manufacturing liquid droplet delivering head, and method for manufacturing inkjet printer |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009292003A (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-17 | Seiko Epson Corp | Liquid droplet delivering head, inkjet printer, method for manufacturing liquid droplet delivering head, and method for manufacturing inkjet printer |
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