JP2004082623A - Liquid ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室の一部をたわみ振動するアクチュエータにより膨張、収縮させて、ノズル開口から液体滴を吐出させる液体噴射ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
液体噴射ヘッドには、圧力発生室を機械的に変形させてインク等の液体を加圧する圧電振動型と、圧力発生室の中に発熱素子を設け発熱素子の熱で発生した気泡の圧力によりインク等の液体を加圧するバブルジェット型と、の2種類のタイプが存在する。
【0003】
圧電振動型の液体噴射ヘッドは、更に、長手方向に変位する圧電振動子を使用した縦振動型の液体噴射ヘッドと、たわみ変位する圧電振動子を使用したたわみ型の液体噴射ヘッドと、の2種類に分類される。
【0004】
縦振動型の液体噴射ヘッドは、高速駆動が可能でかつ高い密度での液体滴噴射が可能である。しかし、縦振動型の液体噴射ヘッドを製造する際、圧電振動子の加工に切削作業が伴う。また、圧電振動子を圧力発生室に固定する際に3次元的組立作業を必要として、製造の工程数が多くなるという問題がある。
【0005】
これに対して、たわみ型の液体噴射ヘッドは、シリコン単結晶基板を基材に使用して、圧力発生室やリザーバ等の流路を異方性エッチングにより形成し、また圧電振動子を圧電材料のスパッタリング等の膜形成技術で形成する手法により、弾性膜を極めて薄く、また圧力発生室や圧電振動子を高い精度で形成できるため、圧力発生室の開口面積を可及的に小さくして液体滴噴射密度の向上を図ることが可能となる。
【0006】
しかしながら、たわみ型の液体噴射ヘッドにおいてノズル配列密度を上げようとすると、圧力発生室を区画する隔壁の肉厚を薄くせざるを得ず、圧力発生室を区画する隔壁の剛性が低下し、クロストークやインク滴の吐出不良が生じる等の問題がある。
【0007】
特開平11−291497号公報に記載された発明は、圧力発生室を区画する隔壁の肉厚を増すことなく、圧力発生室を区画する当該隔壁の剛性を高めることが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ものである。
【0008】
具体的には、特開平11−291497号公報に記載された発明では、図11に示すように、流路形成基板510の圧電振動子700側に接合され、その運動を阻害しない程度の空間からなる凹部612を区画する区画壁611を備えた裏打ち部材610が、その区画壁611が流路形成基板510の隔壁511に対向するように流路形成基板510に固定され、インク滴吐出時の圧電体能動部の変位を、裏打ち材610の区画壁611によっても受け止めて流路形成基板510の隔壁511のたわみを抑制する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
特開平11−291497号公報に記載された発明は、流路形成基板510の隔壁511のたわみを顕著に抑制する効果を有し、極めて有用な技術である。
【0010】
しかしながら、近年、記録密度(ノズル配列密度)を更に高めることが求められている。その場合、ノズルの配列や圧力発生室の配列が更に高密度になる。
【0011】
圧力発生室の配列が高密度になると、裏打ち材610の区画壁611を流路形成基板510の隔壁511に対向するように位置決めすることが困難となる。裏打ち材610の区画壁611と流路形成基板510の隔壁511との対向関係が確保されていない状態では、流路形成基板510の隔壁511のたわみが十分に抑制されない場合がある。また、裏打ち材610の区画壁611と流路形成基板510の隔壁511との位置ずれが発生した場合、圧電振動子による弾性膜の変形が阻害される虞がある。
【0012】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、圧力発生室がより高密度に配列される場合において、圧力発生室を区画する隔壁の剛性を高めることができるインクジェット式記録ヘッド、広くは液体噴射ヘッド、を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一側面に複数の圧力発生室を形成するための複数の凹部を有する基板と、基板の凹部を覆って圧力発生室を形成する一側面を有する弾性膜と、弾性膜の他側面において、各圧力発生室に対応する領域に形成された複数の圧電振動子と、を備え、各圧電振動子は、下部電極層と圧電体層と上部電極層とを有しており、隣接する圧力発生室間の隔壁に対応する弾性膜の他側面の各領域に、圧電体層及び上部電極層の少なくとも一方を含む裏打ち仲介部が形成され、各圧電振動子の変動を阻害しないように各圧電振動子を覆う凹部を一側面に有する裏打ち部材が、当該裏打ち部材の凹部間の区画壁が裏打ち仲介部に当接するように配置されていることを特徴とする液体噴射ヘッドである。
【0014】
本発明によれば、圧電振動子の変位が、裏打ち部材の区画壁によって効果的に受け止められて、基板の隔壁のたわみが抑制される一方、各圧力発生室に対向する弾性膜の振動特性が区画壁によって変化させられることもない。特に、圧力発生室がより高密度に配列される場合においても、裏打ち部材の区画壁は裏打ち仲介部を介して基板の隔壁に対向するようになっているため、裏打ち部材の区画壁の配置誤差が隔壁の剛性補強に与える影響が顕著に低減され得る。
【0015】
具体的には、圧力発生室の幅が70μm程度で、当該圧力発生室間の隔壁の幅が15μm程度である時、特開平11−291497号公報に記載された発明では、基板の隔壁と裏打ち材の区画壁との対向配置関係に誤差があると、基板の隔壁のたわみ抑制効果が大幅に低減されてしまう。また、特開平11−291497号公報に記載された発明では、裏打ち材の区画壁の幅のバラツキが、隔壁のたわみ抑制効果のバラツキに結び付き易い。
【0016】
しかし、前記本発明の特徴によれば、基板の隔壁に対する裏打ち部材の区画壁の配置等に少々の誤差が存在しても、裏打ち部材の区画壁は裏打ち仲介部を介して十分なたわみ抑制効果を発揮して、圧力発生室間のクロストークを顕著に防止することができる。
【0017】
なお、裏打ち部材の区画壁は、裏打ち仲介部に接着されることが好ましい。あるいは、裏打ち部材の区画壁は、裏打ち部材自体の撓み力によって、裏打ち仲介部に固定されることが好ましい。
【0018】
好ましくは、裏打ち仲介部は、圧力発生室間の各隔壁に対応して個別に形成された圧電体層及び上部電極層の両方を含む。
【0019】
更に好ましくは、各圧電振動子の下部電極層は共通に形成されている一方、各圧電振動子の圧電体層及び上部電極層は各圧力発生室毎に個別に形成されており、裏打ち仲介部は、各圧電振動子の下部電極層と圧力発生室間の各隔壁に対応して個別に形成された圧電体層及び上部電極層とを有している。
【0020】
更に好ましくは、各圧電振動子は、上部電極層の上方に絶縁体層を有しており、各裏打ち仲介部も、上部電極層の上方に絶縁体層を有している。更には、各圧電振動子は、絶縁体層の上方にリード電極層を有し得て、各裏打ち仲介部も、絶縁体層の上方にリード電極層を有し得る。
【0021】
また、好ましくは、裏打ち部材の区画壁は、隣接する裏打ち部材の凹部を連通させる連通部を有している。この場合、各凹部における圧力変動が緩和される。
【0022】
また、好ましくは、裏打ち部材の凹部の幅は、圧力発生室の幅よりも狭い。この場合、特開平11−291497号公報に記載された発明と比較して、裏打ち部材自体の剛性を高めることができる。従って、裏打ち部材の取り扱いが容易となる他、裏打ち部材が固定された基板に対してノズルプレート等を接着する工程がより容易となる。
【0023】
また、好ましくは、裏打ち部材の凹部の深さは、5μm以上であり、かつ、圧力発生室の幅の1/2以下である。この場合、裏打ち部材の剛性が十分確保できる上、裏打ち部材が圧電振動子と接触する虞がない。
【0024】
また、好ましくは、裏打ち部材の凹部は、乾燥流体が封入されて封止されている。この場合、圧電振動子の耐久性が向上される。
【0025】
また、好ましくは、前記基板と前記裏打ち部材とは、同一の材料により構成されている。この場合、裏打ち部材の接合等による変形が防止される。
【0026】
また、好ましくは、基板はシリコン単結晶基板からなり、圧力発生室は異方性エッチングにより形成され、下部電極層と圧電体層と上部電極層とは成膜及びリソグラフィ法により形成されている。この場合、圧電振動子の形成と裏打ち仲介部の形成とが同時に容易に実施され得る。
【0027】
また、本発明は、前記のいずれかの特徴を有する液体噴射ヘッドと、液体噴射ヘッドの圧電振動子を駆動させる制御部と、を備えたことを特徴とする液体噴射装置である。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0029】
図1は、本発明の液体噴射ヘッドの第1の実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図である。図2は、その圧力発生室の長手方向及び幅方向における断面構造を示す図である。
【0030】
図1及び図2に示すように、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、ノズル配列密度にあわせて、通常、50〜300μm程度の厚さのものが用いられる。ノズルの配列密度が360dpiの場合の流路形成基板10の厚さとしては、望ましくは50〜100μm程度、より望ましくは70μm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。
【0031】
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0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。
【0032】
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、複数の隔壁11により区画された圧力発生室12の列13が2列と、2列の圧力発生室12の列13の三方を囲むように略コ字状に配置されたリザーバ14と、各圧力発生室12とリザーバ14とを一定の流体抵抗で連通するインク供給口15がそれぞれ形成されている。なお、リザーバ14の略中央部には、外部から当該リザーバ14にインクを供給するためのインク導入孔16が形成されている。
【0033】
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(111)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1/180であるという性質を利用して行われるものである。かかる異方性エッチングにより、二つの第1の(111)面と斜めの二つの第2の(111)面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室12を高密度に配列することができる。
【0034】
本実施の形態では、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10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。ここで、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。また各圧力発生室12の一端に連通する各インク供給口15は、圧力発生室12より浅く形成されている。すなわち、インク供給口15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。
【0035】
また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給口15とは反対側で連通するノズル開口17が穿設されたノズルプレート18が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート18は、厚さが例えば、0.05〜1mm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、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート18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。
【0036】
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17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17は10〜30μmの直径で精度よく形成する必要がある。
【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、圧電振動子(圧電素子)300を構成している。ここで、圧電振動子300は、下電極膜60、圧電体膜70、及び上電極膜80を含む部分をいう。
【0038】
一般的には、圧電振動子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、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。本実施の形態では、下電極膜60は圧電振動子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電振動子300の個別電極としている。もっとも、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。なお、上述した例では、弾性膜50及び下電極膜60が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
【0039】
なお、本実施の形態では、圧力発生室12に対向する領域に圧電体膜70及び上電極膜80がパターニングされて圧電体能動部320を構成しており、当該圧電体能動部320を構成する圧電体膜70及び上電極膜80がインク供給口15に対向する領域まで連続的に延設されている。また、リザーバ14に対向する領域の上電極膜80には、後述するコンタクトホール90aを介してリード電極100が接続されている。
【0040】
そして、本実施の形態では、圧力発生室12の隔壁11に対向する領域にも圧電体膜70及び上電極膜80がパターニングされており、当該圧電体膜70及び上電極膜80もインク供給口15の隔壁に対向する領域まで連続的に延設されている。しかし、圧力発生室12の隔壁11に対向する領域にパターニングされた上電極膜80上には、後述するコンタクトホール90aが設けられず、従って当該上電極膜80(及び圧電体膜70)は圧電体能動部を構成しない。
【0041】
ここで、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板10上に、圧電体膜70等を形成するプロセスを図3及び図4を参照しながら説明する。
【0042】
図3(a)に示すように、まず、流路形成基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約1100℃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。
【0043】
また、弾性膜50の上に、絶縁性の酸化ジルコニアなどの膜を成膜し、弾性膜50の一部としても良い。
【0044】
次に、図3(b)に示すように、スパッタリングで下電極膜60を形成する。下電極膜60の材料としては、Pt、Ir等が好適である。これは、スパッタリングやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜70は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜1000℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜60の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜70としてPZTを用いた場合には、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。
【0045】
次に、図3(c)に示すように、圧電体膜70を成膜する。この圧電体膜70の成膜にはスパッタリングを用いることもできるが、本実施の形態では、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。
【0046】
次に、図3(d)に示すように、上電極膜80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料であればよく、Al、Au、Ni、Pt、Ir、Cu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、Ptをスパッタリングにより成膜している。
【0047】
次に、図3(e)に示すように、各圧力発生室12の略中央位置に圧電振動子を配設するように、更に同時に、各圧力発生室12の隔壁に対向する位置に裏打ち仲介部を配設するように、上電極膜80および圧電体膜70のパターニングを行う。
【0048】
図3(e)では圧電体膜70を上電極膜80と同一のパターンでパターニングを行った場合を示しているが、上述したように、圧電体膜70は必ずしもパターニングを行う必要はない。これは、上電極膜80のパターンを個別電極として電圧を印加した場合、電界はそれぞれの上電極膜80と、共通電極である下電極膜60との間にかかるのみで、その他の部位には何ら影響を与えないためである。しかしながら、この場合には、同一の排除体積を得るためには大きな電圧印加が必要となるため、圧電体膜70もパターニングするのが好ましい。
【0049】
この後、下電極膜60をパターニングして不要な部分、例えば、圧力発生室12の幅方向両側の縁部内側近傍を除去してもよい。なお、下電極膜60の除去は必ずしも行う必要はなく、また、除去する場合には、全てを除去せず、厚さを薄くするようにしてもよい。
【0050】
ここで、パターニングは、レジストパターンを形成した後、エッチング等を行うことにより実施する。
【0051】
レジストパターンは、ネガレジスト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。
【0052】
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行う。なお、エッチング後には、レジストパターンをアッシング装置等を用いて除去する。
【0053】
また、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。
【0054】
次いで、図4(a)に示すように、上電極膜80の周縁部および圧電体膜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の材料は、本実施の形態ではネガ型の感光性ポリイミドを用いている。
【0055】
次に、図4(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、圧力発生室12に対向して設けられた上部電極80上方のインク供給口15に対向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、後述するリード電極100と当該上電極膜80との接続をするためのものである。
【0056】
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、圧力発生室12に対向して設けられた上部電極80上方のインク供給口15に対向する部分にリード電極100を形成する。
【0057】
もっとも、リード電極は、圧力発生室12の隔壁11に対向して設けられた上電極膜80上方の絶縁体層90上の全体にも形成され得る。あるいは、絶縁体層90のパターニングによって、圧力発生室12の隔壁11に対向して設けられた上電極膜80上方の絶縁体層90を除去した後に、圧力発生室12の隔壁11に対向して設けられた当該上電極膜80上方にリード電極が形成されてもよい。これらの場合、裏打ち仲介部がリード電極をも含むことになる。
【0058】
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(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。
【0059】
また、本実施の形態では、弾性膜50の圧電体能動部側に、裏打ち材110が設けられている。この裏打ち材110の弾性膜50側には、圧力発生室12を区画する隔壁11と同一ピッチを有し、圧力発生室12に対向して設けられた上電極膜80に接触しない空間gを確保できる凹部112を区画する区画壁111を有する。
【0060】
この区画壁111は、流路形成基板10の隔壁11に対向して設けられた圧電体膜70及び上電極膜80上の絶縁体層90上(またはリード電極100上)に接着剤などにより固定されている。 裏打ち部材110は、接着剤を利用しないで、裏打ち材110自身の撓みを利用して固定されてもよい。例えば、ノズルプレート18を流路形成基板10に貼着する際に、流路形成基板10をノズルプレート18側に凹となるように撓ませておけば、ノズルプレート18の接着後の流路形成基板10は裏打ち材110側に凹となるような撓み力が作用する。当該撓み力は、裏打ち材110を撓ませて、結果的に裏打ち材110が流路形成基板10に堅固に固定され得る。
【0061】
また、凹部112の一方の端部は、ケーブル等を引き出すための開口113が設けられ得る。
【0062】
また、裏打ち材110の区画壁111に画成された凹部112の大きさは、圧電体能動部の駆動を阻害しない程度の大きさを有していれば、特に限定されない。本実施の形態では、凹部112の幅W1は、圧力発生室12の幅W2よりも小さくなるように選択されているが、圧力発生室12に対向する領域の弾性膜50とは接触していないので、当該弾性膜50の剛性を高めることがない。また、凹部112の幅W1が圧力発生室12の幅W2よりも小さくなるように選択されていることにより、区画壁111が、圧電体膜70及び上電極膜80及び絶縁体層90(及び/またはリード電極100)を介してではあるが、隔壁11と確実に対向するように容易に位置決めされ得る。また、凹部112の深さについては、5μm以上、圧力発生室12の幅W2の1/2以下であれば、裏打ち材110の剛性を低下させることが無く、凹部112と圧電振動子320が接触する虞が無い。本実施の形態では凹部112の深さを30μmとした。
【0063】
なお、以上説明した一連の膜形成およ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、ノズルプレート18、裏打ち材110と順次接着してインクジェット式記録ヘッドとする。もっとも、前述のように、裏打ち材110は接着以外の方法で固定されてもよい。その後、インクジェット式記録ヘッドをホルダー105に固定し、キャリッジに搭載して、インクジェット式記録装置に組み込む。
【0064】
このような構成により、弾性膜50のたわみ変形は、インク滴を吐出させる圧力発生室12を区画する隔壁11と、当該隔壁11に対向する圧電体膜70、上電極膜80、絶縁体層90及び裏打ち材110の区画壁111と、に受け止められて、当該圧力発生室12の領域に限定される。これにより、インク滴吐出時に圧力発生室12に作用する応力が他の圧力発生室12を区画している隔壁11に伝搬することが防止され、クロストークの発生が阻止される。
【0065】
このように、例えば、シリコン単結晶基板を用いて圧力発生室12を区画する隔壁11の厚さ15μm、深さ70μmの流路形成基板10、及び、基板の厚さ200μm、厚さ25μm、高さ30μmの区画壁111を有する裏打ち材110を形成して、インク滴を吐出させたところ、圧力発生室12を区画する隔壁11の中央部でのたわみによる相対変位が4.3であった。
【0066】
これに対して、裏打ち材110を固定しない状態でインク滴を吐出させたところ、圧力発生室12を区画する隔壁11の中央部でのたわみによる相対変位が4.7となった。
【0067】
このことから、裏打ち材110を固定した実施の形態によれば、インク滴吐出時の圧力発生室12の隔壁11の変位量が10%程度減少することが明らかになった。
【0068】
また、裏打ち材110を流路形成基板10と同一の材料により構成することにより、熱膨張差によるたわみの発生をともなうことなく、異材料により構成されるノズルプレート18との熱膨張差に起因する、記録ヘッド全体の変形を、裏打ち材110を用いない従来の記録ヘッドに比較して抑制することができる。
【0069】
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16からインクを取り込み、リザーバ14からノズル開口17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と圧電体膜70と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17からインク滴が吐出する。
【0070】
次に、図5は、本発明の第2の実施の形態のインクジェット式記録ヘッドにおける圧力発生室の長手方向及び幅方向における断面構造を示す図である。
【0071】
本実施の形態は、図5に示すように、裏打ち材110の凹部112の深さdを大きく形成するとともに上電極膜80と接触しないように凹部112の奥側に水分の含有量が少ないシリコーンオイル等を含浸した多孔質材114を装填したり、また乾燥した不活性ガスを充填して開口部113を接着剤115により封止した以外は、第1の実施の形態と同様である。
【0072】
本実施の形態によれば、外部環境中の空気の浸入を阻止して、圧電体膜70を湿気から隔離でき、吸湿による劣化や絶縁耐力の低下を防止することができる。
【0073】
図6は、本発明の第3の実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図7は、本実施の形態の圧力発生室の長手方向及び幅方向における断面構造を示す図である。
【0074】
本実施の形態では、図示するように、裏打ち材を、第1裏打ち材120と、この第1裏打ち材120に固着される第2裏打ち材130と、で構成するようにしている。
【0075】
第1裏打ち材120には、各圧力発生室12に対向する領域に、圧電体能動部の駆動を阻害しない程度の空間を有する凹部122を形成するための貫通溝が形成され、貫通溝の反対側は、第2裏打ち材130で封止されている。また、各凹部122はそれぞれ区画壁121によって区画されており、区画壁121の流路形成基板10とは反対側端部、圧力発生室12の長手方向の略中央には、隣接する凹部122同士を連通する連通部123が設けられ、これにより全ての凹部122が連通されている。
【0076】
このような第1裏打ち材120および第2裏打ち材130の材質は、特に限定されないが、流路形成基板10と同一の材質であるシリコン単結晶基板、ガラスセラミックス等を用いることができる。
【0077】
なお、その他の基本的な構造は、上述の各実施の形態と同様である。
【0078】
このような構成にすることにより、上述の各実施の形態と同様に、圧力発生室に作用する応力が隔壁に伝搬するのが防止され、クロストークの発生が阻止される。また、本実施の形態では、圧電体能動部が凹部122に密封され、外部と完全に遮断されるので、外部環境に起因する動作不良を防止することができる。さらに、各凹部122は、連通部123を介して連通されているため、各凹部122内での圧力変動を吸収し合うことができる。
【0079】
なお、各凹部122を連通するための連通部123を設ける位置は、本実施の形態に限定されず、区画壁121の何れの場所に設けてもよい。但し、クロストークを防止する観点からは、隔壁11に対向する位置の絶縁体層90(またはリード電極層100)と区画壁121との接合部をなるべく大きくした方がよいので、連通部123は区画壁121と当該部分の絶縁体層90との対向面に臨まないように形成するのが好ましい。
【0080】
また、本実施の形態は、連通部123の形成を容易にするために、裏打ち材を二部材としたが、勿論これに限定されるものではない。例えば、両者を一体的に形成するようにしてもよい。また、裏打ち材を三部材以上で構成するようにしてもよい。
【0081】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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。
【0082】
例えば、裏打ち材の形状は、上述の実施の形態に限定されず、図8に示すように、端部となる側に段差を設けて延長して、ケーブル等を固定する固定部114を形成するようにしてもよい。
【0083】
更に、上述した各実施の形態では、流路形成基板10に圧力発生室12と共にリザーバ14を形成しているが、共通インク室を形成する部材を流路形成基板10に重ねて設けてもよい。
【0084】
このように構成したインクジェット式記録ヘッドの部分断面を図9に示す。このような実施の形態では、ノズル開口17Aが穿設されたノズル基板18Aと流路形成基板10Aとの間に、封止板160、共通インク室形成板170、薄肉板180及びインク室側板190が挟持され、これらを貫通するように、圧力発生室12Aとノズル開口17Aとを連通するノズル連通口31が配されている。すなわち、封止板160、共通インク室形成板170及び薄肉板180で共通インク室32が画成され、各圧力発生室12Aと共通インク室32とは、封止板160に穿設されたインク連通孔33を介して連通されている。また、封止板160には供給インク室32に外部からインクを導入するためのインク導入孔34も穿設されている。また、薄肉板180とノズル基板18Aとの間に位置するインク室側板190には各供給インク室32に対向する位置に貫通部35が形成されており、インク滴吐出の際に発生するノズル開口17Aと反対側へ向かう圧力を、薄肉壁180が吸収するのを許容するようになっており、これにより、他の圧力発生室に、共通インク室32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ことができる。なお、薄肉板180とインク室側板190とは一体に形成されてもよい。
【0085】
このようなタイプのインクジェット式記録ヘッドにおいても、流路形成基板10Aの開口面とは反対側の、圧力発生室を区画する隔壁に対向する領域に、上述したような裏打ち材の区画壁を配置させることにより、流路形成基板のたわみを抑制することができる。
【0086】
また、以上の各実施の形態は、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であるが、勿論これに限定されるものではない。例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、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、あるいは、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が適用され得る。
【0087】
更に、上述した各実施の形態において、上電極膜とリード電極との接続部は何れの場所に設けてもよく、圧力発生室の何れの端部でも又は中央部であってもよい。
【0088】
また、圧電振動子とリード電極との間に絶縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続したり、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング技術を用いて接続したりする構成としてもよい。
【0089】
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。
【0090】
また、これら各実施の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。
【0091】
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。記録ヘッドユニット1A及び1Bの各圧電振動子は、制御部9によって独立に駆動されるようになっている。
【0092】
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。
【0093】
なお、以上の説明は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ついてなされているが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体の例としては、インクの他に、グルー、マニキュア、薬品等が用いられ得る。更に、本発明は、液晶等の表示体におけるカラーフィルタの製造装置にも適用され得る。
【0094】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧電振動子の変位が、裏打ち部材の区画壁によって効果的に受け止められて、基板の隔壁のたわみが抑制される一方、区画壁によって各圧力発生室に対向する振動板の剛性が高められることもない。特に、圧力発生室がより高密度に配列される場合においても、裏打ち部材の区画壁は裏打ち仲介部を介して基板の隔壁に対向するようになっているため、裏打ち部材の区画壁の配置誤差が隔壁の剛性補強に与える影響が顕著に低減され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図2】図2(a)は、本発明の第1の実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図、図2(b)は、当該圧力発生室の配列方向での断面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の薄膜製造工程を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態の薄膜製造工程を示す図である。
【図5】図5(a)は、本発明の第2の実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図、図5(b)は、当該圧力発生室の配列方向での断面図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図7】図7(a)は、本発明の第3の実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図、図7(b)は、当該圧力発生室の配列方向での断面図である。
【図8】本発明の他の実施の形態にかかる裏打ち材の斜視図である。
【図9】本発明の他の実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図10】本発明の一実施の形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【図11】図11(a)は、特開平11−291497号公報に記載されたインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図、図11(b)は、当該圧力発生室の配列方向での断面図である。
【符号の説明】
1A、2A 記録ヘッドユニット
2A、2B カートリッジ
3 キャリッジ
4 インクジェット式記録装置本体
5 キャリッジ軸
6 駆動モータ
7 タイミングベルト
8 プラテン
9 制御部
10 流路形成基板
11 隔壁
12 圧力発生室
14 リザーバ
15 インク供給口
17 ノズル開口
18 ノズルプレート
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
110 裏打ち部材
111 区画壁
112 凹部
113 開口部
114 多孔質材
115 接着剤
120 第1裏打ち部材
121 区画壁
122 凹部
123 連通部
130 第2裏打ち部材
300 圧電振動子
320 圧電体能動部
330 裏打ち仲介部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid ejecting head that discharges a liquid droplet from a nozzle opening by expanding and contracting a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening by an actuator that bends and vibrates.
[0002]
[Prior art]
The liquid ejecting head has a piezoelectric vibration type that pressurizes a liquid such as ink by mechanically deforming the pressure generating chamber, and a heating element is provided in the pressure generating chamber, and the pressure of the bubbles generated by the heat of the heating element is used to form the ink. There are two types, such as a bubble jet type for pressurizing a liquid such as the above.
[0003]
The piezoelectric vibration type liquid ejecting head further includes a longitudinal vibration type liquid ejecting head using a piezoelectric vibrator displaced in the longitudinal direction and a flexible liquid ejecting head using a flexurally displaced piezoelectric vibrator. Classified into types.
[0004]
The vertical vibration type liquid ejecting head can drive at high speed and eject liquid droplets at a high density. However, when manufacturing a vertical vibration type liquid jet head, machining of the piezoelectric vibrator involves a cutting operation. Further, when the piezoelectric vibrator is fixed to the pressure generating chamber, a three-dimensional assembling operation is required, so that there is a problem that the number of manufacturing steps is increased.
[0005]
On the other hand, a flexible liquid jet head uses a silicon single crystal substrate as a base material, forms channels such as pressure generating chambers and reservoirs by anisotropic etching, and uses a piezoelectric vibrator as a piezoelectric material. Since the elastic film can be formed extremely thin and the pressure generating chamber and the piezoelectric vibrator can be formed with high precision by the method of forming the film by the film forming technology such as the sputtering, the opening area of the pressure generating chamber is made as small as possible and the liquid is formed. It is possible to improve the droplet ejection density.
[0006]
However, when trying to increase the nozzle array density in the flexible liquid jet head, the wall thickness of the partition that partitions the pressure generating chamber must be reduced, and the rigidity of the partition that partitions the pressure generating chamber decreases, and There are problems such as occurrence of talk and defective ejection of ink droplets.
[0007]
The invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-291497 discloses an ink jet recording head and an ink jet recording head that can increase the rigidity of the partition that partitions the pressure generating chamber without increasing the thickness of the partition that partitions the pressure generating chamber. The present invention provides an expression recording device.
[0008]
Specifically, in the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-291497, as shown in FIG. 11, the flow
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The invention described in JP-A-11-291497 has an effect of remarkably suppressing the deflection of the
[0010]
However, in recent years, it has been required to further increase the recording density (nozzle array density). In that case, the arrangement of the nozzles and the arrangement of the pressure generating chambers are further increased.
[0011]
When the arrangement of the pressure generating chambers is high, it becomes difficult to position the
[0012]
The present invention has been made in view of such a point, and in a case where pressure generating chambers are arranged at higher density, an ink jet recording head capable of increasing the rigidity of a partition partitioning the pressure generating chambers In general, it is an object to provide a liquid jet head.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a substrate having a plurality of concave portions for forming a plurality of pressure generating chambers on one side, an elastic film having one side forming a pressure generating chamber covering the concave portion of the substrate, and another side of the elastic film. A plurality of piezoelectric vibrators formed in a region corresponding to each pressure generating chamber, and each piezoelectric vibrator has a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer, and is adjacent to each other. In each region on the other side surface of the elastic film corresponding to the partition wall between the pressure generating chambers, a backing mediating portion including at least one of the piezoelectric layer and the upper electrode layer is formed, and each of the backing mediating portions is not hindered from changing the piezoelectric vibrator. The liquid ejecting head is characterized in that a backing member having a concave portion covering the piezoelectric vibrator on one side surface is arranged such that a partition wall between the concave portions of the backing member comes into contact with the intermediate backing portion.
[0014]
According to the present invention, the displacement of the piezoelectric vibrator is effectively received by the partition wall of the backing member, and the deflection of the partition wall of the substrate is suppressed, while the vibration characteristic of the elastic film facing each pressure generating chamber is reduced. It is not changed by the partition wall. In particular, even when the pressure generating chambers are arranged at a higher density, the partition wall of the backing member is opposed to the partition wall of the substrate via the backing mediation part, so that the placement error of the partition wall of the backing member is reduced. Can significantly reduce the effect on the rigidity reinforcement of the partition walls.
[0015]
Specifically, when the width of the pressure generating chamber is about 70 μm and the width of the partition between the pressure generating chambers is about 15 μm, the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. If there is an error in the positional relationship between the material and the partition wall, the effect of suppressing the deflection of the partition wall of the substrate is greatly reduced. Further, in the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-291497, the variation in the width of the partition wall of the backing material tends to be linked to the variation in the effect of suppressing the deflection of the partition wall.
[0016]
However, according to the feature of the present invention, even if there is a small error in the arrangement of the partition wall of the backing member with respect to the partition wall of the substrate, the partition wall of the backing member can have a sufficient deflection suppressing effect via the backing mediating portion. And crosstalk between the pressure generating chambers can be significantly prevented.
[0017]
In addition, it is preferable that the partition wall of the backing member is adhered to the backing mediating portion. Alternatively, it is preferable that the partition wall of the backing member is fixed to the backing mediation portion by the bending force of the backing member itself.
[0018]
Preferably, the backing mediator includes both a piezoelectric layer and an upper electrode layer individually formed corresponding to each partition between the pressure generating chambers.
[0019]
More preferably, the lower electrode layer of each piezoelectric vibrator is formed in common, while the piezoelectric layer and upper electrode layer of each piezoelectric vibrator are formed separately for each pressure generating chamber, and Has a piezoelectric layer and an upper electrode layer which are individually formed corresponding to each partition between the lower electrode layer and the pressure generating chamber of each piezoelectric vibrator.
[0020]
More preferably, each piezoelectric vibrator has an insulator layer above the upper electrode layer, and each backing mediator also has an insulator layer above the upper electrode layer. Furthermore, each piezoelectric vibrator may have a lead electrode layer above the insulator layer, and each backing mediator may have a lead electrode layer above the insulator layer.
[0021]
Also, preferably, the partition wall of the backing member has a communication portion that connects the concave portions of the adjacent backing members. In this case, the pressure fluctuation in each recess is reduced.
[0022]
Preferably, the width of the concave portion of the backing member is smaller than the width of the pressure generating chamber. In this case, the rigidity of the backing member itself can be increased as compared with the invention described in JP-A-11-291497. Accordingly, the handling of the backing member is facilitated, and the step of bonding the nozzle plate or the like to the substrate to which the backing member is fixed is further facilitated.
[0023]
Preferably, the depth of the concave portion of the backing member is not less than 5 μm and not more than の of the width of the pressure generating chamber. In this case, the rigidity of the backing member can be sufficiently ensured, and there is no possibility that the backing member contacts the piezoelectric vibrator.
[0024]
Further, preferably, the concave portion of the backing member is sealed with a dry fluid sealed therein. In this case, the durability of the piezoelectric vibrator is improved.
[0025]
Preferably, the substrate and the backing member are made of the same material. In this case, deformation due to joining of the backing member or the like is prevented.
[0026]
Preferably, the substrate is formed of a silicon single crystal substrate, the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching, and the lower electrode layer, the piezoelectric layer, and the upper electrode layer are formed by film formation and lithography. In this case, the formation of the piezoelectric vibrator and the formation of the backing mediation portion can be easily performed simultaneously.
[0027]
According to another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including: a liquid ejecting head having any of the features described above; and a control unit that drives a piezoelectric vibrator of the liquid ejecting head.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to a first embodiment of the liquid ejecting head of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure in a longitudinal direction and a width direction of the pressure generating chamber.
[0030]
As shown in FIGS. 1 and 2, the flow
[0031]
One surface of the flow
[0032]
On the other hand, two rows of
[0033]
Here, in the anisotropic etching, when the silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, it is gradually eroded, and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane are formed. A second (111) plane that forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane appears, and is compared with the etching rate of the (110) plane by (111). The etching is performed using the property that the etching rate of the surface is about 1/180. By such anisotropic etching, precision processing can be performed based on depth processing of a parallelogram formed by two first (111) surfaces and two oblique second (111) surfaces. , The
[0034]
In the present embodiment, the long side of each
[0035]
A
[0036]
Here, the size of the
[0037]
On the other hand, the
[0038]
Generally, one of the electrodes of the
[0039]
In the present embodiment, the
[0040]
In the present embodiment, the
[0041]
Here, a process of forming the
[0042]
As shown in FIG. 3A, first, a silicon single crystal substrate wafer serving as the flow
[0043]
Further, a film of insulating zirconia or the like may be formed on the
[0044]
Next, as shown in FIG. 3B, the
[0045]
Next, as shown in FIG. 3C, a
[0046]
Next, as shown in FIG. 3D, an
[0047]
Next, as shown in FIG. 3 (e), a piezoelectric vibrator is disposed at a substantially central position of each
[0048]
FIG. 3E shows a case where the
[0049]
After that, the
[0050]
Here, the patterning is performed by forming a resist pattern and then performing etching or the like.
[0051]
The resist pattern is formed by applying a negative resist 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.
[0052]
The etching is performed using a dry etching device, for example, an ion milling device. After the etching, the resist pattern is removed using an ashing device or the like.
[0053]
As the dry etching method, a reactive etching method or the like may be used in addition to 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
[0054]
Next, as shown in FIG. 4A, an
[0055]
Next, as shown in FIG. 4B, by patterning the
[0056]
Next, for example, a conductor such as Cr-Au is formed on the entire surface, and then patterned to form a portion facing the
[0057]
Needless to say, the lead electrode can also be formed on the
[0058]
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 4C, the silicon single crystal substrate is anisotropically etched with the above-described alkali solution to form the
[0059]
In the present embodiment, a
[0060]
The
[0061]
Further, one end of the
[0062]
The size of the
[0063]
In the above-described series of film formation and anisotropic etching, a large number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after the process is completed, the flow
[0064]
With such a configuration, the flexural deformation of the
[0065]
Thus, for example, the flow
[0066]
On the other hand, when the ink droplets were ejected without fixing the
[0067]
From this, it is clear that according to the embodiment in which the
[0068]
In addition, since the
[0069]
The ink jet head thus configured takes in ink from an
[0070]
Next, FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure in a longitudinal direction and a width direction of a pressure generating chamber in an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention.
[0071]
In this embodiment, as shown in FIG. 5, the depth d of the
[0072]
According to the present embodiment, the infiltration of air in the external environment can be prevented, the
[0073]
FIG. 6 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of the pressure generating chamber in the longitudinal direction and the width direction of the present embodiment. It is.
[0074]
In the present embodiment, as shown in the figure, the backing material is constituted by a
[0075]
In the
[0076]
The material of the
[0077]
The other basic structure is the same as in each of the above embodiments.
[0078]
With such a configuration, similarly to the above-described embodiments, the stress acting on the pressure generating chamber is prevented from propagating to the partition, and the occurrence of crosstalk is prevented. Further, in the present embodiment, since the piezoelectric active portion is sealed in the
[0079]
In addition, the position where the
[0080]
Further, in the present embodiment, the backing material is made of two members in order to facilitate the formation of the
[0081]
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.
[0082]
For example, the shape of the backing material is not limited to the above-described embodiment. As shown in FIG. 8, as shown in FIG. 8, a step is provided on the side serving as an end and extended to form a fixing
[0083]
Further, in each of the above-described embodiments, the
[0084]
FIG. 9 shows a partial cross section of the ink jet recording head thus configured. In such an embodiment, the sealing
[0085]
In this type of ink jet recording head as well, the partition wall of the backing material as described above is arranged in a region opposite to the opening surface of the flow
[0086]
Further, each of the above embodiments is a thin film type ink jet recording head which can be manufactured by applying a film forming and lithography process, but is not limited to this. For example, various structures such as a structure in which a pressure generating chamber is formed by laminating substrates, a structure in which a piezoelectric film is formed by pasting a green sheet or screen printing, or a structure in which a piezoelectric film is formed by crystal growth. The present invention can be applied to an ink jet recording head.
[0087]
Further, in each of the above-described embodiments, the connection portion between the upper electrode film and the lead electrode may be provided at any position, and may be at any end or the center of the pressure generating chamber.
[0088]
Further, the example in which the insulator layer is provided between the piezoelectric vibrator and the lead electrode has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, without providing the insulator layer, an anisotropic conductive film may be formed on each upper electrode. A configuration may be adopted in which this anisotropic conductive film is thermally welded and connected to a lead electrode, or connected using various bonding techniques such as wire bonding.
[0089]
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.
[0090]
Further, the ink jet recording head of each of the embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge and the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of the ink jet recording apparatus.
[0091]
As shown in FIG. 10, the
[0092]
Then, the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the
[0093]
Although the above description has been made with respect to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus, the present invention is broadly applied to a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus in general. As an example of the liquid, in addition to ink, glue, nail polish, chemicals, and the like can be used. Further, the present invention can be applied to an apparatus for manufacturing a color filter in a display such as a liquid crystal.
[0094]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the displacement of the piezoelectric vibrator is effectively received by the partition wall of the backing member, and the deflection of the partition wall of the substrate is suppressed. Also, the rigidity of the diaphragm opposed to the above is not increased. In particular, even when the pressure generating chambers are arranged at a higher density, the partition wall of the backing member is opposed to the partition wall of the substrate via the backing mediation part, so that the placement error of the partition wall of the backing member is reduced. Can significantly reduce the effect on the rigidity reinforcement of the partition walls.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a longitudinal sectional view of a pressure generation chamber of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an arrangement of the pressure generation chamber. It is sectional drawing in a direction.
FIG. 3 is a view showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5A is a longitudinal sectional view of a pressure generating chamber of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5B is an arrangement of the pressure generating chamber. It is sectional drawing in a direction.
FIG. 6 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a longitudinal sectional view of a pressure generating chamber of an ink jet recording head according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7B is an arrangement of the pressure generating chamber. It is sectional drawing in a direction.
FIG. 8 is a perspective view of a backing material according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram of an ink jet recording apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11A is a longitudinal sectional view of a pressure generating chamber of an ink jet recording head described in JP-A-11-291497, and FIG. 11B is an arrangement of the pressure generating chamber. It is sectional drawing in a direction.
[Explanation of symbols]
1A, 2A recording head unit
2A, 2B cartridge
3 carriage
4 Inkjet recording device body
5 Carriage shaft
6 Drive motor
7 Timing belt
8 Platen
9 Control unit
10. Flow path forming substrate
11 Partition wall
12 Pressure generating chamber
14 Reservoir
15 Ink supply port
17 Nozzle opening
18 Nozzle plate
50 elastic membrane
60 Lower electrode film
70 Piezoelectric film
80 Upper electrode film
90 Insulator layer
90a contact hole
100 Lead electrode
110 Backing member
111 partition wall
112 recess
113 opening
114 Porous material
115 adhesive
120 first backing member
121 partition wall
122 recess
123 communication section
130 Second Backing Member
300 Piezoelectric vibrator
320 Piezoelectric active part
330 Backing Mediation Department
Claims (14)
基板の凹部を覆って圧力発生室を形成する一側面を有する弾性膜と、
弾性膜の他側面において、各圧力発生室に対応する領域に形成された複数の圧電振動子と、
を備え、
各圧電振動子は、下部電極層と圧電体層と上部電極層とを有しており、
隣接する圧力発生室間の隔壁に対応する弾性膜の他側面の各領域に、圧電体層及び上部電極層の少なくとも一方を含む裏打ち仲介部が形成され、
各圧電振動子の変動を阻害しないように各圧電振動子を覆う凹部を一側面に有する裏打ち部材が、当該裏打ち部材の凹部間の区画壁が裏打ち仲介部に当接するように配置されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。A substrate having a plurality of recesses for forming a plurality of pressure generating chambers on one side,
An elastic film having one side surface forming a pressure generating chamber covering the concave portion of the substrate,
On the other side of the elastic film, a plurality of piezoelectric vibrators formed in a region corresponding to each pressure generating chamber,
With
Each piezoelectric vibrator has a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer,
In each region on the other side of the elastic film corresponding to the partition wall between the adjacent pressure generating chambers, a backing mediating portion including at least one of the piezoelectric layer and the upper electrode layer is formed,
A backing member having a concave portion on one side covering each piezoelectric vibrator so as not to hinder the fluctuation of each piezoelectric vibrator is arranged such that a partition wall between the concave portions of the backing member abuts on the backing mediating portion. A liquid jet head.
ことを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。The liquid jet head according to claim 1, wherein the partition wall of the backing member is adhered to the backing mediation portion.
ことを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the partition wall of the backing member is fixed to the backing mediation portion by a bending force of the backing member itself.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。4. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the backing mediating portion includes both a piezoelectric layer and an upper electrode layer individually formed corresponding to each partition between the pressure generating chambers. head.
裏打ち仲介部は、各圧電振動子の下部電極層と圧力発生室間の各隔壁に対応して個別に形成された圧電体層及び上部電極層とを有している
ことを特徴とする請求項4に記載の液体噴射ヘッド。The lower electrode layer of each piezoelectric vibrator is formed in common, while the piezoelectric layer and upper electrode layer of each piezoelectric vibrator are individually formed for each pressure generating chamber,
The backing mediator has a piezoelectric layer and an upper electrode layer which are individually formed corresponding to the lower electrode layer of each piezoelectric vibrator and each partition between the pressure generating chambers. 5. The liquid jet head according to 4.
各裏打ち仲介部も、上部電極層の上方に絶縁体層を有している
ことを特徴とする請求項5に記載の液体噴射ヘッド。Each piezoelectric vibrator has an insulator layer above the upper electrode layer,
The liquid ejecting head according to claim 5, wherein each of the backing mediating portions also has an insulator layer above the upper electrode layer.
各裏打ち仲介部も、絶縁体層の上方にリード電極層を有している
ことを特徴とする請求項6に記載の液体噴射ヘッド。Each piezoelectric vibrator has a lead electrode layer above the insulator layer,
7. The liquid jet head according to claim 6, wherein each of the backing mediating portions also has a lead electrode layer above the insulator layer.
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。The liquid jet head according to any one of claims 1 to 7, wherein the partition wall of the backing member has a communicating portion that communicates a recess of an adjacent backing member.
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。9. The liquid jet head according to claim 1, wherein the width of the concave portion of the backing member is smaller than the width of the pressure generating chamber.
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。10. The liquid jet head according to claim 1, wherein the depth of the concave portion of the backing member is not less than 5 μm and not more than 1 / of the width of the pressure generating chamber.
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。The liquid jet head according to any one of claims 1 to 10, wherein the concave portion of the backing member is sealed by being filled with a drying fluid.
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the substrate and the backing member are made of the same material.
圧力発生室は、異方性エッチングにより形成され、
下部電極層と圧電体層と上部電極層とは、成膜及びリソグラフィ法により形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の液体噴射ヘッド。The substrate is made of a silicon single crystal substrate,
The pressure generating chamber is formed by anisotropic etching,
13. The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the lower electrode layer, the piezoelectric layer, and the upper electrode layer are formed by film formation and a lithography method.
液体噴射ヘッドの圧電振動子を駆動させる制御部と、
を備えたことを特徴とする液体噴射装置。A liquid jet head according to claim 1,
A control unit for driving the piezoelectric vibrator of the liquid jet head,
A liquid ejecting apparatus comprising:
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