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JP2002205394A - Ink jet recording head and ink jet recorder - Google Patents

Ink jet recording head and ink jet recorder

Info

Publication number
JP2002205394A
JP2002205394A JP2001003584A JP2001003584A JP2002205394A JP 2002205394 A JP2002205394 A JP 2002205394A JP 2001003584 A JP2001003584 A JP 2001003584A JP 2001003584 A JP2001003584 A JP 2001003584A JP 2002205394 A JP2002205394 A JP 2002205394A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure generating
ink jet
recording head
jet recording
generating chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001003584A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kinzan Ri
欣山 李
Shiro Yazaki
士郎 矢崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2001003584A priority Critical patent/JP2002205394A/en
Publication of JP2002205394A publication Critical patent/JP2002205394A/en
Pending legal-status Critical Current

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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 and an ink jet recorder in which pressure generating chambers can be arranged with high density while preventing crosstalk. SOLUTION: The ink jet recording head comprises pressure generating chambers 12 communicating with nozzle openings, and piezoelectric elements 300 each comprising a lower electrode 60, a piezoelectric layer 70 and an upper electrode 80 provided in a region corresponding to the pressure generating chamber 12 through a diaphragm. A plurality of pressure generating chambers 12 each having a part 12a narrower than the major part at one longitudinal end part thereof are juxtaposed as a set of two rows such that the narrow parts 12a are placed on the inside while overlapping alternately in the longitudinal direction thus arranging the nozzle openings at a high density.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、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 communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets, which is constituted by a vibrating plate. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus for ejecting ink droplets by using an ink jet recording head.

【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 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. Two types of ink jet recording heads that eject ink droplets have been commercialized, one using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and the other using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. ing.

【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 by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-286131. A proposal has been made in which 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。
This eliminates the need for attaching the piezoelectric element to the vibration plate, which not only allows the piezoelectric element to be manufactured by a precise and simple method such as lithography, but also reduces the thickness of the piezoelectric element. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed.

【0007】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、近年、ノズル開口をさらに高密度化して、さ
らなる高品質印刷の実現が望まれている。
In recent years, with such an ink jet recording head, it has been desired to realize higher quality printing by further increasing the density of nozzle openings.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ノズル
開口の高密度化を図るためには、圧力発生室を高密度に
配列しなけれがならず、圧力発生室を高密度に配列する
と各圧力発生室間の隔壁の厚さが薄くなるため隔壁の剛
性が不足し、隣接する圧力発生室間でクロストークが発
生するという問題がある。
However, in order to increase the density of the nozzle openings, it is necessary to arrange the pressure generating chambers at a high density. Since the thickness of the partition between them becomes thin, the rigidity of the partition becomes insufficient, and there is a problem that crosstalk occurs between the adjacent pressure generating chambers.

【0009】また、例えば、圧力発生室の幅を狭くする
と共に、長手方向の長さを長くすることにより、所定容
積の圧力発生室を隔壁の剛性を保持した状態で高密度に
配列することは可能である。しかしながら、このような
構造とした場合、圧力発生室の断面積が狭くなるためイ
ンクの流れが妨げられ、減衰特性が低下してしまうとい
う問題がある。
Also, for example, by reducing the width of the pressure generating chambers and increasing the length in the longitudinal direction, it is possible to arrange the pressure generating chambers of a predetermined volume at a high density while maintaining the rigidity of the partition walls. It is possible. However, in the case of such a structure, there is a problem in that the cross-sectional area of the pressure generating chamber is reduced, so that the flow of ink is hindered, and the attenuation characteristics are reduced.

【0010】本発明は、このような事情に鑑み、圧力発
生室を高密度に配列でき、且つクロストークを防止でき
るインクジェット式記録ヘッド及び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 and an ink jet recording apparatus which can arrange pressure generating chambers at high density and can prevent crosstalk.

【0011】[0011]

【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
と、この圧力発生室に対応する領域に振動板を介して設
けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子
を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、一方
の長手方向端部にその主要部の幅よりも幅狭の幅狭部を
有する複数の圧力発生室が、前記幅狭部を内側にして且
つ当該幅狭部が長手方向で交互に重なるように二列一組
で並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 first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and a region corresponding to the pressure generating chamber are provided via a diaphragm. In an ink jet recording head including a piezoelectric element composed of a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode, a plurality of pressure generating chambers each having a narrow portion narrower than a width of a main portion at one longitudinal end thereof. The inkjet recording head is characterized in that the narrow portions are arranged inside and the narrow portions are alternately overlapped in the longitudinal direction in a set of two rows.

【0012】かかる第1の態様では、圧力発生室間の隔
壁の剛性を低下させることなく、実質的に圧力発生室を
高密度に配列することができる。
In the first aspect, the pressure generating chambers can be arranged at substantially high density without reducing the rigidity of the partition between the pressure generating chambers.

【0013】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記圧電素子は、前記圧力発生室の幅狭部に対向す
る領域に亘って設けられ、且つ当該圧力発生室に対向す
る領域内に設けられていることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドにある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the piezoelectric element is provided over an area opposed to a narrow portion of the pressure generating chamber, and is provided in an area opposed to the pressure generating chamber. In the ink jet recording head.

【0014】かかる第2の態様では、圧電素子の駆動に
より、圧力発生室内に十分な圧力を付与でき、良好にイ
ンクを吐出することができる。
In the second aspect, by driving the piezoelectric element, a sufficient pressure can be applied to the pressure generating chamber, and the ink can be discharged satisfactorily.

【0015】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記ノズル開口が前記幅狭部に対向して設け
られ、前記二列一組の圧力発生室に対応するノズル開口
が、一列に配置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 third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the nozzle opening is provided to face the narrow portion, and the nozzle openings corresponding to the two rows of pressure generating chambers are provided. , Arranged in a line.

【0016】かかる第3の態様では、ノズル開口を高密
度に配列することができ、印刷品質を向上することがで
きる。
In the third aspect, the nozzle openings can be arranged at a high density, and the print quality can be improved.

【0017】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記圧力発生室の側面の内周方向の少
なくとも一部が、曲面で構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 fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, at least a part of the side surface of the pressure generating chamber in the inner circumferential direction is formed of a curved surface. In the ink jet recording head.

【0018】かかる第4の態様では、圧力発生室内での
インクの流れがスムーズになり、インク吐出特性及びイ
ンクの減衰特性が向上する。
In the fourth aspect, the flow of the ink in the pressure generating chamber becomes smooth, and the ink ejection characteristics and the ink attenuation characteristics are improved.

【0019】本発明の第5の態様は、第4の態様におい
て、前記圧力発生室の平面形状が、略楕円形であること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to the fourth aspect, wherein the pressure generating chamber has a substantially elliptical planar shape.

【0020】かかる第5の態様では、圧力発生室内での
インクの流れがよりスムーズになり、インク吐出特性及
びインクの減衰特性が確実に向上する。
In the fifth aspect, the flow of the ink in the pressure generating chamber becomes smoother, and the ink discharge characteristics and the ink attenuation characteristics are surely improved.

【0021】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記圧力発生室の主要部の幅は、長手
方向略中央部が最も広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 sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the width of the main portion of the pressure generating chamber is the widest at the substantially central portion in the longitudinal direction. In the head.

【0022】かかる第6の態様では、圧力発生室間の隔
壁の厚さが、圧力発生室の長手方向端部側ほど厚くなる
ため、隔壁の剛性を確実に保持することができる。
In the sixth aspect, since the thickness of the partition wall between the pressure generating chambers becomes thicker toward the longitudinal end of the pressure generating chamber, the rigidity of the partition wall can be reliably maintained.

【0023】本発明の第7の態様は、第1〜6の何れか
の態様において、前記圧力発生室の主要部の最大幅が、
前記幅狭部の最大幅の2倍以上であることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッドにある。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the maximum width of the main part of the pressure generating chamber is:
In the ink jet recording head, the maximum width of the narrow portion is twice or more.

【0024】かかる第7の態様では、圧力発生室の主要
部の幅が比較的広いため、インクの流路面積が大きくな
り、インクの流れがスムーズになる。
In the seventh aspect, since the width of the main portion of the pressure generating chamber is relatively wide, the flow area of the ink is increased, and the flow of the ink is smooth.

【0025】本発明の第8の態様は、第1〜7の何れか
の態様において、隣接する圧力発生室間の隔壁の厚さ
が、50μm以上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 an eighth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to any one of the first to seventh aspects, wherein a thickness of a partition wall between adjacent pressure generating chambers is 50 μm or more. is there.

【0026】かかる第8の態様では、圧力発生室間の隔
壁の剛性が確実に保持され、クロストークの発生が抑え
られる。
In the eighth aspect, the rigidity of the partition wall between the pressure generating chambers is reliably maintained, and the occurrence of crosstalk is suppressed.

【0027】本発明の第9の態様は、第1〜8の何れか
の態様において、前記圧電素子を構成する上電極から周
壁上にリード電極が延設され、且つ隣接する二つの列の
各圧力発生室に対応する圧電素子に設けられるリード電
極が、同一方向に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 ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, a lead electrode is provided on the peripheral wall from the upper electrode constituting the piezoelectric element, and each of the two adjacent rows is provided with a lead electrode. In an ink jet recording head, a lead electrode provided on a piezoelectric element corresponding to a pressure generating chamber extends in the same direction.

【0028】かかる第9の態様では、各圧電素子に対応
するリード電極と外部配線との接続が容易となり、構造
を簡略化できると共にヘッドを小型化できる。
In the ninth aspect, the connection between the lead electrode corresponding to each piezoelectric element and the external wiring is facilitated, so that the structure can be simplified and the head can be downsized.

【0029】本発明の第10の態様は、第1〜9の何れ
かの態様において、前記ノズル開口が、シリコン単結晶
基板に穿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。
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 nozzle opening is formed in a silicon single crystal substrate.

【0030】かかる第10の態様では、ノズル開口を容
易且つ高精度に形成することができる。
In the tenth aspect, the nozzle opening can be formed easily and with high precision.

【0031】本発明の第11の態様は、第1〜10の何
れかの態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶
基板にドライエッチングにより形成されていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to any one of the first to tenth aspects, wherein the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by dry etching. is there.

【0032】かかる第11の態様では、所望の形状の圧
力発生室を容易且つ高精度に形成することができる。
In the eleventh aspect, a pressure generating chamber having a desired shape can be easily and accurately formed.

【0033】本発明の第12の態様は、第1〜11の何
れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備するこ
とを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
According to a twelfth 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 eleventh aspects.

【0034】かかる第12の態様では、インク吐出特性
及び印刷品質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 twelfth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus with improved ink ejection characteristics and print quality.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on embodiments.

【0036】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図2は、その断面図である。
(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 sectional view thereof.

【0037】図1及び図2に示すように、圧力発生室が
形成される流路形成基板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、150〜300μm程度の厚さ
のものが用いられ、望ましくは180〜280μm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 FIGS. 1 and 2, the flow path forming substrate 10 in which the pressure generating chamber is formed is a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, a substrate having a thickness of about 150 to 300 μm is generally used, and a substrate having a thickness of preferably about 180 to 280 μm, more preferably about 220 μm is suitable. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.

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

【0039】一方、流路形成基板10の開口面には、シ
リコン単結晶基板をドライエッチングすることにより、
複数の圧力発生室12が形成されている。本実施形態で
は、一方の長手方向端部に、その主要部の幅よりも幅狭
の幅狭部12aを有する複数の圧力発生室12が、この
幅狭部12aを内側にして且つ幅狭部12aが長手方向
で交互に重なるように二つの列13(13A,13B)
を一組として並設されている。なお、この圧力発生室1
2については、詳しく後述する。
On the other hand, the opening surface of the flow path forming substrate 10 is dry-etched on the silicon single crystal substrate,
A plurality of pressure generating chambers 12 are formed. In the present embodiment, at one end in the longitudinal direction, a plurality of pressure generating chambers 12 each having a narrow portion 12a narrower than the width of the main portion are formed with the narrow portion 12a inside and the narrow portion 12a. Two rows 13 (13A, 13B) such that 12a alternately overlap in the longitudinal direction
Are arranged side by side as a set. This pressure generating chamber 1
2 will be described later in detail.

【0040】また、流路形成基板10の他方面側には、
各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側、すな
わち、幅狭部12aと連通するノズル開口21が穿設さ
れたノズルプレート20が接着剤や熱溶着フィルム等を
介して固着されている。また、各列13の圧力発生室1
2に対応するノズル開口21は、一列になるように配列
されている。
On the other side of the flow path forming substrate 10,
A nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the narrow portion 12a of each pressure generating chamber 12 opposite to the ink supply path 14, that is, a nozzle plate 20 is fixed via an adhesive or a heat welding film. . Further, the pressure generating chambers 1 of each row 13
The nozzle openings 21 corresponding to 2 are arranged in a line.

【0041】なお、ノズルプレート20は、流路形成基
板10と熱膨張係数が略同一の材料で形成することが好
ましく、例えば、本実施形態では、ノズルプレート20
としてシリコン単結晶基板を用い、ドライエッチングに
よりノズル開口21を形成している。このように、ノズ
ルプレート20を流路形成基板10と熱膨張係数が略同
一の材料で形成することにより、流路形成基板10とノ
ズルプレート20との熱による変形が略同一となるた
め、熱硬化性の接着剤等を用いて流路形成基板とノズル
プレートとを容易に接合することができる。
The nozzle plate 20 is preferably formed of a material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the flow path forming substrate 10. For example, in the present embodiment, the nozzle plate 20
The nozzle opening 21 is formed by dry etching using a silicon single crystal substrate. Since the nozzle plate 20 is formed of a material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the flow path forming substrate 10 as described above, the deformation of the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 due to heat becomes substantially the same. The channel forming substrate and the nozzle plate can be easily joined using a curable adhesive or the like.

【0042】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21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21は数十μmの直径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 21 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 21 need to be formed with a diameter of several tens of μm with high accuracy.

【0043】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、約0.2μmの
下電極膜60と、厚さが例えば、約1μmの圧電体層7
0と、厚さが例えば、約0.05μm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、圧電体層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層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
層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、ここでは、圧電素
子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じ
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 lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm and the piezoelectric film having a thickness of, for example, about 1 μm are formed on the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10. Body layer 7
0 and an upper electrode film 80 having a thickness of about 0.05 μm, for example,
0. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each of the pressure generating chambers 12. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which a piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300.
Even if this is reversed for convenience of the drive circuit and wiring, there is no problem.
In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and a diaphragm whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.

【0044】また、本実施形態では、圧電素子300
は、圧力発生室12に対向する領域内に設けられ、且つ
圧力発生室12の幅狭部12aに対向する領域に亘って
形成されている。すなわち、圧電素子300は、圧力発
生室12の幅狭部12aに対向する領域に、圧電素子3
00の主要部よりも幅狭の先端部300aを有する。
In this embodiment, the piezoelectric element 300
Is provided in a region facing the pressure generating chamber 12 and is formed over a region facing the narrow portion 12 a of the pressure generating chamber 12. That is, the piezoelectric element 300 is placed in a region facing the narrow portion 12a of the pressure generating chamber 12.
00 has a tip portion 300a narrower than the main portion.

【0045】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、圧電体層70等を形成するプロセス
を図3及び図4を参照しながら説明する。なお、図2及
び図3は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。
Here, the process of forming the piezoelectric layer 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. 2 and 3 are cross-sectional views of the pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction.

【0046】まず、図3(a)に示すように、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。
First, as shown in FIG. 3A, 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.

【0047】次に、図3(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成する。下電極膜60の材料
としては、白金(Pt)あるいは白金(Pt)/チタン
(Ti)多層膜等が好適である。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層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、圧電体層70としてチタン酸ジルコン酸鉛
(PZT)を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電
性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白
金が好適である。
Next, as shown in FIG. 3B, a lower electrode film 60 is formed by sputtering. As a material of the lower electrode film 60, platinum (Pt), a platinum (Pt) / titanium (Ti) multilayer film, or the like is preferable. This is because a piezoelectric layer 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 under such a high temperature and oxidizing atmosphere. In particular, when the piezoelectric layer 70 is made of lead zirconate titanate (PZT), It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of lead oxide is small, and for these reasons, platinum is preferred.

【0048】次に、図3(c)に示すように、圧電体層
70を成膜する。この圧電体層70は、結晶が配向して
いることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有
機物を触媒に溶解・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
らなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用
いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層
70とした。圧電体層70の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛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。なお、この圧電体層70の
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング
法で形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 3C, a piezoelectric layer 70 is formed. In the piezoelectric layer 70, it is preferable that crystals are oriented. For example, in the present embodiment, a so-called sol-gel method in which a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a catalyst is applied and dried to form a gel, and then fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. To form a piezoelectric layer 70 in which crystals are oriented. As a material for the piezoelectric layer 70, a lead zirconate titanate-based material is suitable when used in an ink jet recording head. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited, and may be, for example, a sputtering method.

【0049】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。
Further, after forming a precursor film of lead zirconate titanate by a sol-gel method or a sputtering method,
A method of growing crystals at a low temperature by a high-pressure treatment method in an alkaline aqueous solution may be used.

【0050】何れにしても、このように成膜された圧電
体層70は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層70は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に0.2〜5μmであ
る。
In any case, unlike the bulk piezoelectric, the piezoelectric layer 70 thus formed has crystals preferentially oriented, and in the present embodiment, the piezoelectric layer 70 has It is formed in a column shape. Note that the preferential orientation refers to a state in which a crystal orientation direction is not disordered and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction. In addition, a crystal having a columnar thin film refers to a state in which substantially columnar crystals are gathered in a plane direction with their central axes substantially aligned in the thickness direction to form a thin film. Of course, it may be a thin film formed of preferentially oriented granular crystals. The thickness of the piezoelectric layer manufactured in the thin film process is generally 0.2 to 5 μm.

【0051】次に、図3(d)に示すように、上電極膜
80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料で
あればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
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、白金をスパッタリングにより成膜している。
Next, as shown in FIG. 3D, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 only needs to be a material having high conductivity, and can use many metals such as aluminum, gold, nickel, and platinum, and a conductive oxide. In the present embodiment, platinum is formed by sputtering.

【0052】その後、図4(a)に示すように、圧電体
層70及び上電極膜80のみ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。また、同時に、弾性
膜50及び下電極膜60をエッチングして、各圧力発生
室12と後述するリザーバ41とを連通する連通孔51
を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 4A, only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are etched to pattern the piezoelectric active portion 320. At the same time, the elastic film 50 and the lower electrode film 60 are etched to form a communication hole 51 for communicating each pressure generating chamber 12 with a reservoir 41 described later.
To form

【0053】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4(b)に示すように、前述
したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板のドライエ
ッチングを行い、圧力発生室12等を形成する。なお、
その後、圧力発生室12等の内面、すなわちエッチング
面を、例えば、フッ素と硝酸の混合液等でさらにライト
エッチングして、エッチング面を平坦化することが好ま
しい。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 4B, the silicon single crystal substrate is dry-etched with the above-described alkali solution to form the pressure generating chamber 12 and the like. In addition,
After that, it is preferable that the inner surface of the pressure generating chamber 12 and the like, that is, the etched surface is further light-etched with, for example, a mixed solution of fluorine and nitric acid to flatten the etched surface.

【0054】なお、実際には、このような一連の膜形成
及びドライエッチングによって、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。
In practice, a large number of chips are simultaneously formed on one wafer by such a series of film formation and dry etching, and after completion of the process, a chip of one chip size as shown in FIG. It is divided for each flow path forming substrate 10.

【0055】ここで、このように形成された圧力発生室
及び圧電素子の構造について、詳しく説明する。なお、
図5は、圧力発生室及び圧電素子の構造を示す平面図で
ある。
Here, the structure of the pressure generating chamber and the piezoelectric element thus formed will be described in detail. In addition,
FIG. 5 is a plan view showing the structures of the pressure generating chamber and the piezoelectric element.

【0056】図5に示すように、圧力発生室12は、複
数の圧力発生室12(12A)が幅方向に並設された列
13Aと複数の圧力発生室12(12B)が幅方向に並
設された列13Bとを一組として流路形成基板10に形
成されている。また、各圧力発生室12A,12Bのそ
れぞれは、一方の長手方向端部に幅狭部12aを有し、
これら各圧力発生室12A,12Bは、幅狭部12aを
内側にしてこの幅狭部12a同士が圧力発生室12の長
手方向で重なるように交互に配置されている。そして、
上述したように、ノズル開口21が各圧力発生室12
A,12Bの幅狭部12aに対応する領域に設けられる
と共に、一列となるように配列されている。
As shown in FIG. 5, the pressure generating chamber 12 includes a row 13A in which a plurality of pressure generating chambers 12 (12A) are arranged in the width direction and a plurality of pressure generating chambers 12 (12B) in the width direction. The rows 13B provided are formed as a set on the flow path forming substrate 10. Further, each of the pressure generating chambers 12A and 12B has a narrow portion 12a at one longitudinal end.
The pressure generating chambers 12A and 12B are alternately arranged such that the narrow portions 12a overlap each other in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 with the narrow portions 12a inside. And
As described above, the nozzle opening 21 is connected to each pressure generating chamber 12.
A and 12B are provided in regions corresponding to the narrow portions 12a, and are arranged in a line.

【0057】これらの各圧力発生室12は、圧力発生室
12間の隔壁11の厚さが、50μm以上となるように
配置されていることが好ましい。例えば、本実施形態で
は、圧力発生室12A,12Bの各幅狭部12a間の隔
壁11の厚さが最も狭く、この部分の幅が約50μmと
なるように、各圧力発生室12が配置されている。
The pressure generating chambers 12 are preferably arranged such that the thickness of the partition 11 between the pressure generating chambers 12 is 50 μm or more. For example, in the present embodiment, the pressure generating chambers 12 are arranged such that the thickness of the partition wall 11 between the narrow portions 12a of the pressure generating chambers 12A and 12B is the narrowest, and the width of this portion is about 50 μm. ing.

【0058】このような構成では、各列13A,13B
の圧力発生室12A、12Bが、主要部よりも幅の狭い
幅狭部12a同士が重なるように配置されているため、
各圧力発生室12A及び12Bのピッチ、すなわち、各
幅狭部12aに連通するノズル開口21のピッチを短く
することができる。また、各列、例えば、列12Aの圧
力発生室12A間の隔壁11は、十分な厚さを確保する
ことができ、所望の剛性を確実に得ることができる。す
なわち、本実施形態の構成とすることにより、圧力発生
室12間の隔壁11の剛性を低下させることなく、ノズ
ル開口21を高密度に配列することができる。例えば、
圧力発生室12の主要部の幅を49μmとすれば、51
2dpi程度にノズル開口21を高密度に配列すること
が可能である。
In such a configuration, each row 13A, 13B
Pressure generating chambers 12A and 12B are arranged such that narrow portions 12a narrower than the main portion overlap each other.
The pitch between the pressure generating chambers 12A and 12B, that is, the pitch between the nozzle openings 21 communicating with the narrow portions 12a can be reduced. In addition, the partition 11 between the pressure generating chambers 12A in each row, for example, the row 12A, can secure a sufficient thickness, and can reliably obtain desired rigidity. That is, with the configuration of the present embodiment, the nozzle openings 21 can be arranged at a high density without reducing the rigidity of the partition walls 11 between the pressure generating chambers 12. For example,
If the width of the main part of the pressure generating chamber 12 is 49 μm, 51
It is possible to arrange the nozzle openings 21 at a high density of about 2 dpi.

【0059】また、このような圧力発生室12の主要部
の最大幅は、幅狭部12aの最大幅の2倍以上であるこ
とが好ましい。すなわち、圧力発生室12の主要部の幅
を比較的広くして、圧力発生室12の長手方向の長さを
比較的短くすることが好ましい。なお、本実施形態で
は、圧力発生室12の内側面が平面で形成されており、
圧力発生室12の主要部の幅及び幅狭部12aの幅は、
それぞれ均一である。
The maximum width of the main part of the pressure generating chamber 12 is preferably at least twice the maximum width of the narrow part 12a. That is, it is preferable that the width of the main part of the pressure generating chamber 12 be relatively wide and the length of the pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction be relatively short. In the present embodiment, the inner surface of the pressure generating chamber 12 is formed as a flat surface,
The width of the main part of the pressure generating chamber 12 and the width of the narrow part 12a are:
Each is uniform.

【0060】これにより、圧力発生室12の幅方向の断
面積、すなわち、インクの流路面積が広くなるため、イ
ンクを吐出する際の減衰特性が向上する。したがって、
インク吐出特性及び印刷品質が向上する。
As a result, the cross-sectional area of the pressure generating chamber 12 in the width direction, that is, the flow path area of the ink is increased, so that the damping characteristic at the time of discharging the ink is improved. Therefore,
The ink ejection characteristics and print quality are improved.

【0061】また、このように形成された各圧力発生室
12に対向する領域には、それぞれ、圧電素子300が
設けられ、各圧電素子300は、上述したように、各圧
力発生室12に対向する領域内に設けられ、圧力発生室
12の幅狭部12aに対向する領域には、圧電素子30
0の主要部よりも幅狭の先端部300aを有する。
Each of the piezoelectric elements 300 is provided in a region facing each of the pressure generating chambers 12 formed as described above, and each of the piezoelectric elements 300 faces each of the pressure generating chambers 12 as described above. The piezoelectric element 30 is provided in a region facing the narrow portion 12 a of the pressure generating chamber 12.
0 has a tip portion 300a narrower than the main portion.

【0062】このように、本実施形態では、圧電素子3
00が先端部300aを有し、圧力発生室12の幅狭部
12aに対向する領域に亘って形成されているため、圧
電素子300の駆動により、圧力発生室12内にインク
吐出に必要な圧力を確実に付与することができる。勿
論、圧電素子300は、圧力発生室12の主要部に対向
する領域のみに設けるようにしてもよい。
As described above, in this embodiment, the piezoelectric element 3
Since the piezoelectric element 300 has a tip portion 300a and is formed over a region opposed to the narrow portion 12a of the pressure generation chamber 12, the pressure required for ink ejection into the pressure generation chamber 12 by driving the piezoelectric element 300 is formed. Can be reliably provided. Of course, the piezoelectric element 300 may be provided only in a region facing the main part of the pressure generating chamber 12.

【0063】なお、本実施形態では、各圧電素子300
の個別電極である上電極膜80から、周壁上にリード電
極90が延設され、このリード電極90の端部近傍で図
示しない外部端子と接続されている。このリード電極9
0の延設方向は、特に限定されないが、図5に示すよう
に、二つの列13A及び13Bの各圧力発生室12A,
12Bに対応する圧電素子300のリード電極90(9
0A,90B)が、同一方向に延設されていることが好
ましい。本実施形態では、圧力発生室12Aに対応する
圧電素子300のリード電極90Aは、圧力発生室12
Aの幅狭部12aとは反対側の端部から流路形成基板1
0端部近傍まで延設され、圧力発生室12Bに対応する
圧電素子300のリード電極90Bは、圧力発生室12
Bの幅狭部12a側の端部から圧力発生室12A間の隔
壁11上を介して流路形成基板10の端部近傍まで延設
されている。
In this embodiment, each piezoelectric element 300
A lead electrode 90 extends on the peripheral wall from the upper electrode film 80, which is an individual electrode, and is connected to an external terminal (not shown) near the end of the lead electrode 90. This lead electrode 9
The extending direction of the pressure generating chambers 0A, 0B is not particularly limited, but as shown in FIG.
12B corresponding to the lead electrode 90 (9
0A, 90B) extend in the same direction. In the present embodiment, the lead electrode 90A of the piezoelectric element 300 corresponding to the pressure generating chamber 12A is
A from the end opposite to the narrow portion 12a of A
The lead electrode 90B of the piezoelectric element 300 extending to the vicinity of the zero end and corresponding to the pressure generation chamber 12B is connected to the pressure generation chamber 12B.
B extends from the end on the narrow portion 12a side to the vicinity of the end of the flow path forming substrate 10 via the partition 11 between the pressure generating chambers 12A.

【0064】このように、各圧電素子300のリード電
極90A,90Bのそれぞれを同一方向に延設するよう
にすれば、外部配線の取り出しが容易となり、ヘッドの
小型化を図ることができる。
As described above, if each of the lead electrodes 90A and 90B of each piezoelectric element 300 is extended in the same direction, it is easy to take out the external wiring and the size of the head can be reduced.

【0065】なお、このような圧力発生室12及び圧電
素子300等が形成された流路形成基板10には、封止
基板30、リザーバ形成基板40及びコンプライアンス
基板45が順次接着されて、インクジェット式記録ヘッ
ドとなる。
The sealing substrate 30, the reservoir forming substrate 40, and the compliance substrate 45 are sequentially adhered to the flow path forming substrate 10 in which the pressure generating chambers 12, the piezoelectric elements 300, and the like are formed. It becomes a recording head.

【0066】詳しくは、図1及び図2に示すように、流
路形成基板10の圧電素子300側、すなわち、弾性膜
50上には、圧電素子300の運動を阻害しない程度の
空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子
保持部31を有する封止基板30が接合されている。そ
して、圧電素子300が、この圧電素子保持部31内に
密封され、大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素
子300の破壊を防止している。
More specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, a space is secured on the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate 10, that is, on the elastic film 50, so as not to hinder the movement of the piezoelectric element 300. In this state, the sealing substrate 30 having the piezoelectric element holding portion 31 capable of sealing the space is joined. The piezoelectric element 300 is hermetically sealed in the piezoelectric element holding portion 31 to prevent breakage of the piezoelectric element 300 due to an external environment such as atmospheric moisture.

【0067】さらに、この封止基板30上には、各圧力
発生室12の共通インク室であるリザーバ41を画成す
るリザーバ形成基板40及び封止板45が接合されてお
り、封止基板30上の略全面がリザーバ41となってい
る。なお、封止板45には、外部のインク供給手段から
リザーバ41にインクを供給するインク導入口46が設
けられている。
Further, on the sealing substrate 30, a reservoir forming substrate 40 defining a reservoir 41, which is a common ink chamber of each pressure generating chamber 12, and a sealing plate 45 are joined. Substantially the entire upper surface is a reservoir 41. The sealing plate 45 is provided with an ink introduction port 46 for supplying ink from an external ink supply unit to the reservoir 41.

【0068】また、このように画成されるリザーバ31
は、本実施形態では、隣接する二つの列13A,13B
の各圧力発生室12A,12Bに共通するものであり、
各列13A,13Bの各圧力発生室12A,12Bとリ
ザーバ31とは、封止基板30の各圧力発生室12A,
12Bの幅狭部12aとは反対側の端部に対応する位置
に設けられたインク供給連通口32A,32B、及び弾
性膜50及び下電極膜60を貫通して設けられた連通孔
51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32A,32Bを介してリザーバ41から各圧力
発生室12に供給される。
The reservoir 31 defined as above
In the present embodiment, two adjacent rows 13A and 13B
Are common to each of the pressure generating chambers 12A and 12B.
Each of the pressure generating chambers 12A and 12B of each row 13A and 13B and the reservoir 31 are connected to each of the pressure generating chambers 12A and 12A of the sealing substrate 30.
The ink supply passages 32A and 32B provided at positions corresponding to the ends of the 12B opposite to the narrow portion 12a and the communication holes 51 provided through the elastic film 50 and the lower electrode film 60 are provided. The ink is supplied from the reservoir 41 to each of the pressure generating chambers 12 through the ink supply communication ports 32A and 32B.

【0069】なお、このように構成したインクジェット
式記録ヘッドは、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35からインクを取り込み、リザーバ
110からノズル開口21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、上電極膜80と下電極膜60との間に電圧を印加
し、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体層70をたわ
み変形させることにより、圧力発生室12内の圧力が高
まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
The ink jet recording head thus constructed takes in ink from an ink inlet 35 connected to an external ink supply means (not shown), and fills the interior from the reservoir 110 to the nozzle opening 21 with ink. By applying a voltage between the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60 in accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are flexibly deformed. Then, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle opening 21.

【0070】(実施形態2)図6は、実施形態2に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図であ
る。
(Embodiment 2) FIG. 6 is a plan view showing a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 2.

【0071】本実施形態は、圧力発生室12の形状を変
更した例であり、図6に示すように、圧力発生室12の
内周面が、その周方向において曲面で構成、好ましく
は、圧力発生室12の平面形状が略楕円形となるように
形成されていると共に、圧電素子300の外形が、圧力
発生室12の開口形状に沿って曲線で構成されている以
外は、実施形態1と同様である。
The present embodiment is an example in which the shape of the pressure generating chamber 12 is changed. As shown in FIG. 6, the inner peripheral surface of the pressure generating chamber 12 is formed as a curved surface in the circumferential direction, Embodiment 1 differs from Embodiment 1 in that the planar shape of the generation chamber 12 is formed to be substantially elliptical, and the outer shape of the piezoelectric element 300 is formed by a curve along the opening shape of the pressure generation chamber 12. The same is true.

【0072】また、このような実施形態においても、圧
力発生室12は、隔壁11の厚さが50μm以上となる
ように配置されていることが好ましい。また、圧力発生
室12の主要部の最大幅は、幅狭部12aの最大幅の2
倍以上であることが好ましい。
Also in such an embodiment, it is preferable that the pressure generating chambers 12 are arranged such that the thickness of the partition walls 11 is 50 μm or more. Further, the maximum width of the main part of the pressure generating chamber 12 is two times the maximum width of the narrow part 12a.
It is preferably at least two times.

【0073】なお、本実施形態では、圧電素子300の
外形が、圧力発生室12の開口形状に沿って略楕円形と
なるように形成されているが、勿論、圧電素子300の
外形は、直線で形成されていてもよい。
In the present embodiment, the outer shape of the piezoelectric element 300 is formed so as to be substantially elliptical along the opening shape of the pressure generating chamber 12. May be formed.

【0074】このような本実施形態の構成では、圧力発
生室12内でのインクの流れが、スムーズとなるため、
インク吐出特性が向上する。また、インクの減衰特性が
向上するため、インクの吐出間隔を短くして高速印刷を
実現することができる。
In the configuration of this embodiment, the flow of ink in the pressure generating chamber 12 becomes smooth,
The ink ejection characteristics are improved. In addition, since the ink attenuation characteristics are improved, high-speed printing can be realized by shortening the ink ejection interval.

【0075】さらに、圧力発生室12の内周面が曲面で
構成されているため、圧力発生室12内に気泡が溜まり
にくく、ドット抜け等の印刷不良を防止することができ
る。
Further, since the inner peripheral surface of the pressure generating chamber 12 is formed as a curved surface, bubbles hardly accumulate in the pressure generating chamber 12 and printing defects such as missing dots can be prevented.

【0076】また、本実施形態では、圧力発生室12の
表面形状が、略楕円形となっており、圧力発生室12の
主要部は、長手方向略中央部の幅が最も広くなってい
る。すなわち、圧力発生室12間の隔壁11の厚さは、
圧力発生室12の長手方向略中央部が最も狭く、長手方
向端部側ほど広くなっているため、隔壁11の剛性がよ
り確実に確保される。したがって、クロストークを確実
に防止することができる。
In the present embodiment, the surface shape of the pressure generating chamber 12 is substantially elliptical, and the main part of the pressure generating chamber 12 has the largest width at the substantially central portion in the longitudinal direction. That is, the thickness of the partition 11 between the pressure generating chambers 12 is
Since the pressure generating chamber 12 has the narrowest portion at the substantially central portion in the longitudinal direction and becomes wider toward the end portion in the longitudinal direction, the rigidity of the partition wall 11 is ensured more reliably. Therefore, crosstalk can be reliably prevented.

【0077】なお、本実施形態では、圧力発生室12の
内周面は、ほぼ全面が曲面で構成されているが、勿論、
その一部が曲面となっていてもよい。
In this embodiment, almost the entire inner peripheral surface of the pressure generating chamber 12 is formed as a curved surface.
A part thereof may be a curved surface.

【0078】(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.

【0079】例えば、上述した各実施形態は、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層を形
成するもの、又は水熱法等の結晶成長により圧電体層を
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。
For example, 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 exemplified. However, the present invention is not limited to this. To form a piezoelectric layer by laminating a green sheet, forming a piezoelectric layer by pasting or screen printing a green sheet, or forming a piezoelectric layer by crystal growth such as a hydrothermal method. The present invention can be applied to an inkjet recording head having a structure.

【0080】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.

【0081】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7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. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the ink jet recording apparatus.

【0082】図7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1
B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. 7, the recording head units 1A and 1B having ink jet recording heads are provided with detachable cartridges 2A and 2B constituting ink supply means.
The carriage 3 on which B is mounted is provided movably in the axial direction on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4. The recording head units 1A and 1B are, for example,
Each of them ejects a black ink composition and a color ink composition.

【0083】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3に沿
ってプラテン8が設けられている。このプラテン8は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記
録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられ
て搬送されるようになっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage 3. The platen 8 can be rotated by a driving force of a paper feed motor (not shown), and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller, is wound around the platen 8 and conveyed. It has become so.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、複数
の圧力発生室が並設された二つの列を隣接して設け、各
列の圧力発生室の幅狭部が、その長手方向で重なるよう
に交互に配置するようにしたので、実質的に隣接する圧
力発生室の間隔を短くしてノズル開口を高密度に配列で
き、且つ圧力発生室間の隔壁の剛性を保持してクロスト
ークを防止することができる。
As described above, according to the present invention, two rows of a plurality of pressure generating chambers are provided adjacent to each other, and the narrow portions of the pressure generating chambers in each row are arranged in the longitudinal direction. Since the pressure generating chambers are arranged alternately so as to overlap with each other, the intervals between the substantially adjacent pressure generating chambers can be shortened so that the nozzle openings can be arranged at a high density, and the rigidity of the partition wall between the pressure generating chambers is maintained and crosstalk is achieved. Can be prevented.

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

【図1】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a first 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
録ヘッドの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態1の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態1の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの圧力発生室及び圧電素子の構成を示す平面図
である。
FIG. 5 is a plan view showing a configuration of a pressure generating chamber and a piezoelectric element of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの圧力発生室及び圧電素子の構成を示す平面図
である。
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a pressure generating chamber and a piezoelectric element of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention.

【図7】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. 7 is a schematic view of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 11 ノズル開口 12 圧力発生室 13 列 50 弾性膜 60 下電極膜 70 圧電体層 80 上電極膜 300 圧電素子 300a 先端部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 11 nozzle opening 12 pressure generating chamber 13 row 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric layer 80 upper electrode film 300 piezoelectric element 300a tip

Claims (12)

【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と、こ
の圧力発生室に対応する領域に振動板を介して設けられ
た下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を具備
するインクジェット式記録ヘッドにおいて、 一方の長手方向端部にその主要部の幅よりも幅狭の幅狭
部を有する複数の圧力発生室が、前記幅狭部を内側にし
て且つ当該幅狭部が長手方向で交互に重なるように二列
一組で並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。
An ink jet type comprising: a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening; and a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided via a diaphragm in a region corresponding to the pressure generating chamber. In the recording head, a plurality of pressure generating chambers each having a narrow portion narrower than the width of the main portion at one longitudinal end portion, the narrow portion being inward and the narrow portion being in the longitudinal direction. An ink jet recording head characterized in that it is arranged in two rows and one set so as to alternately overlap.
【請求項2】 請求項1において、前記圧電素子は、前
記圧力発生室の幅狭部に対向する領域に亘って設けら
れ、且つ当該圧力発生室に対向する領域内に設けられて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. The method according to claim 1, wherein the piezoelectric element is provided over a region opposed to a narrow portion of the pressure generation chamber, and is provided in a region opposed to the pressure generation chamber. Characteristic ink jet recording head.
【請求項3】 請求項1又は2において、前記ノズル開
口が前記幅狭部に対向して設けられ、前記二列一組の圧
力発生室に対応するノズル開口が、一列に配置されてい
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
3. The nozzle opening according to claim 1, wherein the nozzle openings are provided to face the narrow portion, and the nozzle openings corresponding to the two rows of pressure generating chambers are arranged in one row. An ink jet recording head characterized by the following.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記圧
力発生室の側面の内周方向の少なくとも一部が、曲面で
構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。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein at least a part of the side surface of the pressure generating chamber in the inner circumferential direction is formed of a curved surface.
【請求項5】 請求項4において、前記圧力発生室の平
面形状が、略楕円形であることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 4, wherein the pressure generating chamber has a substantially elliptical planar shape.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記圧
力発生室の主要部の幅は、長手方向略中央部が最も広い
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a width of a main portion of the pressure generating chamber is widest at a substantially central portion in a longitudinal direction.
【請求項7】 請求項1〜6の何れかにおいて、前記圧
力発生室の主要部の最大幅が、前記幅狭部の最大幅の2
倍以上であることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッド。
7. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein a maximum width of a main part of the pressure generating chamber is two times a maximum width of the narrow part.
An ink jet recording head characterized in that the number is twice or more.
【請求項8】 請求項1〜7の何れかにおいて、隣接す
る圧力発生室間の隔壁の厚さが、50μm以上であるこ
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 1, wherein a thickness of a partition wall between adjacent pressure generating chambers is 50 μm or more.
【請求項9】 請求項1〜8の何れかにおいて、前記圧
電素子を構成する上電極から周壁上にリード電極が延設
され、且つ隣接する二つの列の各圧力発生室に対応する
圧電素子に設けられるリード電極が、同一方向に延設さ
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。
9. The piezoelectric element according to claim 1, wherein a lead electrode extends from an upper electrode constituting the piezoelectric element on a peripheral wall and corresponds to each of two adjacent rows of the pressure generating chambers. Wherein the lead electrodes provided in the ink jet recording head extend in the same direction.
【請求項10】 請求項1〜9の何れかにおいて、前記
ノズル開口が、シリコン単結晶基板に穿設されているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
10. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said nozzle opening is formed in a silicon single crystal substrate.
【請求項11】 請求項1〜10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ドライエッチング
により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。
11. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed in a silicon single crystal substrate by dry etching.
【請求項12】 請求項1〜11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。
12. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7681987B2 (en) 2005-03-04 2010-03-23 Ricoh Printing Systems, Ltd. Inkjet recording head

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