JPH11334063A - Ink jet recording head and ink jet recording device - Google Patents
Ink jet recording head and ink jet recording deviceInfo
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- JPH11334063A JPH11334063A JP10140688A JP14068898A JPH11334063A JP H11334063 A JPH11334063 A JP H11334063A JP 10140688 A JP10140688 A JP 10140688A JP 14068898 A JP14068898 A JP 14068898A JP H11334063 A JPH11334063 A JP H11334063A
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- recording head
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を弾性膜で構
成し、この弾性膜の表面に圧電体層を形成して、圧電体
層の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure generating chamber which is in communication with a nozzle opening for ejecting ink droplets, which is constituted by an elastic film. The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that eject ink droplets by displacement of a layer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を弾性膜で構成し、この弾性膜を圧
電振動子により変形させて圧力発生室のインクを加圧し
てノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット
式記録ヘッドには、圧電振動子が軸方向に伸長、収縮す
る縦振動モードの圧電振動子を使用したものと、たわみ
振動モードの圧電振動子を使用したものの２種類が実用
化されている。2. Description of the Related Art A part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging ink droplets is formed of an elastic film, and this elastic film is deformed by a piezoelectric vibrator to pressurize ink in the pressure generating chamber to open the nozzle opening. There are two types of ink-jet recording heads that eject ink droplets from a piezoelectric vibrator, which uses a longitudinal vibration mode piezoelectric vibrator, in which a piezoelectric vibrator expands and contracts in the axial direction, and a flexural vibration mode piezoelectric vibrator. Has been put to practical use.
【０００３】前者は圧電振動子の端面を弾性膜に当接さ
せることにより圧力発生室の容積を変化させることがで
きて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電振動子をノズル開口の配列ピッチに一致させて
櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられ
た圧電振動子を圧力発生室に位置決めして固定する作業
が必要となり、製造工程が複雑であるという問題があ
る。In the former method, the volume of the pressure generating chamber can be changed by bringing the end face of the piezoelectric vibrator into contact with an elastic film, so that a head suitable for high-density printing can be manufactured. A complicated process of cutting the piezoelectric vibrators into a comb-tooth shape in accordance with the arrangement pitch of the nozzle openings, and a work of positioning and fixing the separated piezoelectric vibrators in the pressure generating chambers, which complicates the manufacturing process. There is.
【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で弾性膜に圧電振動子を
作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する
関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困
難であるという問題がある。On the other hand, in the latter, a piezoelectric vibrator can be formed on an elastic film by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of the pressure generating chamber and firing the green sheet. However, due to the use of flexural vibration, a certain area is required, and there is a problem that high-density arrangement is difficult.
【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、弾性膜の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電振動子を形成したものが提案
されている。On the other hand, in order to solve the latter disadvantage of the recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the elastic film by a film forming technique as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-286131. A proposal has been made in which this piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chambers by lithography, and a piezoelectric vibrator is formed so as to be independent for each pressure generating chamber.
【０００６】これによれば圧電振動子を弾性膜に貼付け
る作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、
かつ簡便な手法で圧電振動子を作り付けることができる
ばかりでなく、圧電振動子の厚みを薄くできて高速駆動
が可能になるという利点がある。According to this, the work of attaching the piezoelectric vibrator to the elastic film becomes unnecessary, and the precision of the lithography method is eliminated.
In addition to the fact that the piezoelectric vibrator can be manufactured by a simple and simple method, there is an advantage that the thickness of the piezoelectric vibrator can be reduced and high-speed driving can be performed.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た薄膜技術およびリソグラフィ法による製造方法では、
薄膜のパターニング後に圧力発生室を形成するが、その
際、上電極及び圧電体層の内部応力緩和の影響により、
振動板が圧力発生室側に撓んでしまい、この撓みが振動
板の初期変形として残留してしまうという問題がある。
特に、下電極をオーバーエッチングした構造の場合に
は、撓み量が大きく、圧電体能動部の駆動による振動板
の変形量が計算上の値よりも小さくなってしまう。これ
は、上電極及び圧電体層（及び下電極）の引張方向の内
部応力緩和の影響で振動板が撓むことにより弾性域を越
え、塑性変形領域に達しているためであると考えられ
る。However, in the above-described manufacturing method using the thin film technology and the lithography method,
A pressure generating chamber is formed after patterning of the thin film. At this time, due to the effect of internal stress relaxation of the upper electrode and the piezoelectric layer,
There is a problem in that the diaphragm bends toward the pressure generating chamber, and this deflection remains as initial deformation of the diaphragm.
In particular, in the case of a structure in which the lower electrode is over-etched, the amount of deflection is large, and the amount of deformation of the diaphragm due to driving of the piezoelectric active portion becomes smaller than a calculated value. It is considered that this is because the diaphragm bends under the influence of the internal stress relaxation in the tensile direction of the upper electrode and the piezoelectric layer (and the lower electrode), which exceeds the elastic region and reaches the plastic deformation region.
【０００８】そこで、本発明はこのような事情に鑑み、
振動板が駆動時に効率よく変形することが可能なインク
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。Accordingly, the present invention has been made 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 in which a diaphragm can be efficiently deformed during driving.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室の
一部を構成する弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下電
極と、該下電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層
の表面に形成された上電極とを備え、前記圧力発生室に
対応する領域に圧電振動子を形成したインクジェット式
記録ヘッドにおいて、前記弾性膜が、前記圧力発生室か
ら外側に向かって凸に変形していることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドにある。According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, an elastic film constituting a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and a lower member provided on the elastic film are provided. Ink jet recording comprising an electrode, a piezoelectric layer formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the surface of the piezoelectric layer, and forming a piezoelectric vibrator in a region corresponding to the pressure generating chamber. In the head, the elastic film is deformed so as to protrude outward from the pressure generating chamber.
【００１０】かかる第１の態様では、初期状態におい
て、弾性膜がインク吐出とは反対側に変形しているの
で、インク吐出のための弾性膜及び下電極からなる振動
板の変形量が向上される。In the first aspect, since the elastic film is deformed in the initial state on the side opposite to the ink ejection, the amount of deformation of the diaphragm including the elastic film for ink ejection and the lower electrode is improved. You.
【００１１】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記上電極の主成分は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，
Ｏｓ，Ｒｕ及びＲｅからなる群から選択される金属であ
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 second aspect of the present invention, in the first aspect, a main component of the upper electrode is Pt, Pd, Ir, Rh,
An ink jet recording head is a metal selected from the group consisting of Os, Ru and Re.
【００１２】かかる第２の態様では、上電極を所定の金
属で形成することにより圧縮応力とすることができ、こ
の上電極の圧縮応力によって弾性膜及び下電極からなる
振動板が上に凸に変形される。In the second aspect, the upper electrode is formed of a predetermined metal so as to have a compressive stress, and the compressive stress of the upper electrode causes the diaphragm including the elastic film and the lower electrode to protrude upward. Be transformed.
【００１３】本発明の第３の態様は、第２の態様におい
て、前記上電極は、スパッタ法で形成され、且つ前記金
属中に所定のガスが添加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 second aspect, the upper electrode is formed by a sputtering method, and a predetermined gas is added to the metal. In the head.
【００１４】かかる第３の態様では、上電極にさらに大
きい圧縮応力が付与される。In the third aspect, a larger compressive stress is applied to the upper electrode.
【００１５】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ及びＲ
ｎの群から選択される不活性ガス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 fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the gas is He, Ne, Ar, Kr, Xe and R
and n is an inert gas selected from the group of n.
【００１６】かかる第４の態様では、ガスが上電極と反
応することなく、上電極に確実に圧縮応力が付与され
る。In the fourth aspect, the gas does not react with the upper electrode, and a compressive stress is reliably applied to the upper electrode.
【００１７】本発明の第５の態様は、第２の態様におい
て、前記上電極は、前記金属に、異なる成分の金属、半
金属、半導体及び絶縁体からなる群から選択される少な
くとも一種の添加物が添加されていることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッドにある。According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect, the upper electrode is formed by adding at least one kind of additive selected from the group consisting of metals, semimetals, semiconductors and insulators having different components to the metal. An ink jet recording head characterized in that a substance is added.
【００１８】かかる第５の態様では、上電極にさらに大
きい圧縮応力が付与される。In the fifth aspect, a larger compressive stress is applied to the upper electrode.
【００１９】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記添加物が、イオン打ち込みにより前記上電極に
添加され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 sixth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the fifth aspect, wherein the additive is added to the upper electrode by ion implantation.
【００２０】かかる第６の態様では、上電極の上層側に
より多くの添加物が添加されるため、上層側がより大き
い圧縮応力となる。In the sixth aspect, since more additives are added to the upper layer side of the upper electrode, the upper layer side has a larger compressive stress.
【００２１】本発明の第７の態様は、第５の態様におい
て、前記添加物が、前記上電極上に設けられた層からの
固相拡散により前記上電極に添加されることを特徴とす
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 the fifth aspect, the additive is added to the upper electrode by solid phase diffusion from a layer provided on the upper electrode. In the ink jet recording head.
【００２２】かかる第７の態様では、上電極の上層側に
より多くの添加物が添加されるため、上層側がより大き
い圧縮応力となる。In the seventh aspect, since more additives are added to the upper layer side of the upper electrode, the upper layer side has a larger compressive stress.
【００２３】本発明の第８の態様は、第７の態様におい
て、前記固相拡散は、不活性ガス又は真空下で加熱する
ことにより行われることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドにある。An eighth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the seventh aspect, wherein the solid phase diffusion is performed by heating under an inert gas or under vacuum.
【００２４】かかる第８の態様では、不活性ガス又は真
空下で加熱することにより、比較的容易に固相拡散を行
うことができる。In the eighth aspect, solid-phase diffusion can be performed relatively easily by heating under an inert gas or vacuum.
【００２５】本発明の第９の態様は、第１の態様におい
て、前記上電極は、前記圧電体層の表面に形成される第
１の電極と、この第１の電極上に積層される第２の電極
とを有し、前記第２の電極は、導電性の酸化膜又は窒化
膜であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
にある。According to a ninth aspect of the present invention, in the first aspect, the upper electrode includes a first electrode formed on a surface of the piezoelectric layer and a first electrode laminated on the first electrode. And a second electrode, wherein the second electrode is a conductive oxide film or nitride film.
【００２６】かかる第９の態様では、上電極の上層が下
層より大きい圧縮応力を有する酸化膜で構成され、弾性
膜及び下電極からなる振動板が確実に上に凸に変形され
る。In the ninth aspect, the upper layer of the upper electrode is formed of an oxide film having a compressive stress greater than that of the lower layer, and the diaphragm composed of the elastic film and the lower electrode is reliably deformed upward.
【００２７】本発明の第１０の態様は、第９の態様にお
いて、前記第１の電極の主成分が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、
Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ及びＲｅからなる群から選択される金
属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 tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the main component of the first electrode is Pt, Pd, Ir,
An ink jet recording head is a metal selected from the group consisting of Rh, Os, Ru and Re.
【００２８】かかる第１０の態様では、第１の電極を所
定の金属で形成することにより、上電極にさらに大きい
圧縮応力が付与される。In the tenth aspect, by forming the first electrode with a predetermined metal, a larger compressive stress is applied to the upper electrode.
【００２９】本発明の第１１の態様は、第９又は１０の
態様において、前記第２の電極を構成する酸化膜の主成
分が、酸化ルテニウム、酸化インジウム錫、酸化カドミ
ウムインジウム、酸化錫、酸化マンガン、酸化レニウ
ム、酸化イリジウム、酸化ストロンチウムルテニウム、
酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニ
ウム、酸化ハフニウム及び酸化モリブデンからなる群か
ら選択されることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドにある。According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth or tenth aspect, the main component of the oxide film forming the second electrode is ruthenium oxide, indium tin oxide, cadmium indium oxide, tin oxide, tin oxide, Manganese, rhenium oxide, iridium oxide, strontium ruthenium oxide,
An ink jet recording head, which is selected from the group consisting of indium oxide, zinc oxide, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, and molybdenum oxide.
【００３０】かかる第１１の態様では、上電極の上層を
酸化膜で形成することにより、下層より大きい圧縮応力
とすることができ、弾性膜及び下電極からなる振動板が
確実に上に凸に変形される。According to the eleventh aspect, by forming the upper layer of the upper electrode with an oxide film, a compressive stress larger than that of the lower layer can be obtained, and the diaphragm including the elastic film and the lower electrode can be surely protruded upward. Be transformed.
【００３１】本発明の第１２の態様は、第９又は１０の
態様において、前記第２の電極を構成する窒化膜の主成
分が、窒化チタン、窒化ニオブ、窒化ジルコニウム、窒
化タングステン、窒化ハフニウム、窒化モリブデン、窒
化タンタル、窒化クロム及び窒化バナジウムからなる群
から選択されていることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドにある。According to a twelfth aspect of the present invention, in the ninth or tenth aspect, the main component of the nitride film forming the second electrode is titanium nitride, niobium nitride, zirconium nitride, tungsten nitride, hafnium nitride, An ink jet recording head is selected from the group consisting of molybdenum nitride, tantalum nitride, chromium nitride, and vanadium nitride.
【００３２】かかる第１２の態様では、上電極の上層を
酸化膜で形成することにより、下層より大きい圧縮応力
とすることができ、弾性膜及び下電極からなる振動板が
確実に上に凸に変形される。In the twelfth aspect, by forming the upper layer of the upper electrode with an oxide film, a compressive stress greater than that of the lower layer can be obtained, and the diaphragm including the elastic film and the lower electrode can be reliably projected upward. Be transformed.
【００３３】本発明の第１３の態様は、第９又は１０の
態様において、前記第２の電極は、成膜後に酸化又は窒
化することにより形成され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 thirteenth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the ninth or tenth aspect, wherein the second electrode is formed by oxidizing or nitriding after film formation. .
【００３４】かかる第１３の態様では、比較的容易に酸
化膜又は窒化膜を形成することができる。In the thirteenth aspect, an oxide film or a nitride film can be formed relatively easily.
【００３５】本発明の第１４の態様は、第１の態様にお
いて、前記上電極の主成分が、酸化ルテニウム、酸化イ
ンジウム錫、酸化カドミウムインジウム、酸化錫、酸化
マンガン、酸化レニウム、酸化イリジウム、酸化ストロ
ンチウムルテニウム、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化
チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム及び酸化モ
リブデンからなる群から選択される導電性酸化膜である
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the first aspect, the main component of the upper electrode is ruthenium oxide, indium tin oxide, cadmium indium oxide, tin oxide, manganese oxide, rhenium oxide, iridium oxide, iridium oxide, An ink jet recording head is a conductive oxide film selected from the group consisting of strontium ruthenium, indium oxide, zinc oxide, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide and molybdenum oxide.
【００３６】かかる第１４の態様では、上電極を導電性
酸化膜によって形成することにより、さらに大きい圧縮
応力とすることができる。In the fourteenth aspect, by forming the upper electrode with a conductive oxide film, it is possible to further increase the compressive stress.
【００３７】本発明の第１５の態様は、第１の態様にお
いて、前記上電極の主成分が、窒化チタン、窒化ニオ
ブ、窒化ジルコニウム、窒化タングステン、窒化ハフニ
ウム、窒化モリブデン、窒化タンタル、窒化クロム及び
窒化バナジウムからなる群から選択される導電性窒化膜
であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドに
ある。According to a fifteenth aspect of the present invention, in the first aspect, the main component of the upper electrode is titanium nitride, niobium nitride, zirconium nitride, tungsten nitride, hafnium nitride, molybdenum nitride, tantalum nitride, chromium nitride and An ink jet recording head is a conductive nitride film selected from the group consisting of vanadium nitride.
【００３８】かかる第１５の態様では、上電極を導電性
窒化膜によって形成することにより、さらに大きい圧縮
応力とすることができる。In the fifteenth aspect, a higher compressive stress can be obtained by forming the upper electrode with a conductive nitride film.
【００３９】本発明の第１６の態様は、第１〜１５の何
れかの態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶
基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電振動
子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたも
のであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
にある。According to a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the first to fifteenth aspects, the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching on a silicon single crystal substrate, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation. And an ink jet recording head formed by a lithography method.
【００４０】かかる第１６の態様では、高密度のノズル
開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ
比較的容易に製造することができる。In the sixteenth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.
【００４１】本発明の第１７の態様は、第１〜１６の何
れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備するこ
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 seventeenth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to sixteenth aspects.
【００４２】かかる第１７の態様では、ヘッドのインク
吐出性能を向上したインクジェット式記録装置を実現す
ることができる。According to the seventeenth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus in which the ink ejection performance of the head is improved.
【００４３】[0043]
【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.
【００４４】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図２は、平面図及びその１つの圧力発生室の長
手方向における断面構造を示す図である。(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view and a cross section of one of the pressure generating chambers in the longitudinal direction. It is a figure showing a structure.
【００４５】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３
００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８
０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, usually 150 to 3
A thickness of about 00 μm is used.
Those having a thickness of about 0 to 280 μm, more preferably about 220 μm are suitable. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.
【００４６】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０．１〜２μｍの弾性膜５０が形成
されている。One surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and the other surface is formed with a 0.1 to 2 μm-thick elastic film 50 made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation.
【００４７】一方、流路形成基板１０の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
ノズル開口１１、圧力発生室１２が形成されている。On the other hand, the opening surface of the flow path forming substrate 10 is anisotropically etched on a silicon single crystal substrate,
A nozzle opening 11 and a pressure generating chamber 12 are formed.
【００４８】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面
と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且
つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１
１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレート
と比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１
８０であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１
１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成され
る平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行う
ことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することが
できる。Here, in the anisotropic etching, when the silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the substrate is gradually eroded and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane A second (1) which forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane.
11) plane, and the etching rate of the (111) plane is about 1/1 compared to the etching rate of the (110) plane.
This is performed using the property of being 80.
By such anisotropic etching, two first (11
Precision processing can be performed based on depth processing of a parallelogram formed by the 1) plane and two oblique second (111) planes, and the pressure generating chambers 12 can be arranged at high density. it can.
【００４９】本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺
を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で
形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１
０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。なお、弾性膜５０は、シ
リコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵さ
れる量がきわめて小さい。In this embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane, and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generating chamber 12 is provided on the flow path forming substrate 1.
It is formed by etching until it reaches the elastic film 50 almost through 0. The amount of the elastic film 50 that is attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small.
【００５０】一方、各圧力発生室１２の一端に連通する
各ノズル開口１１は、圧力発生室１２より幅狭で且つ浅
く形成されている。すなわち、ノズル開口１１は、シリ
コン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハー
フエッチング）することにより形成されている。なお、
ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行わ
れる。On the other hand, each nozzle opening 11 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is formed to be narrower and shallower than the pressure generating chamber 12. That is, the nozzle opening 11 is formed by partially etching (half-etching) the silicon single crystal substrate in the thickness direction. In addition,
Half etching is performed by adjusting the etching time.
【００５１】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口１１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口１１は数十μｍの溝幅で精度よく形成する必要
がある。Here, the size of the pressure generating chamber 12 for applying the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 11 for ejecting the ink droplet depend on the amount of the ejected ink droplet, the ejection speed, and the ejection frequency. Optimized. For example,
When recording 360 ink droplets per inch, the nozzle openings 11 need to be formed with a groove width of several tens of μm with high accuracy.
【００５２】また、各圧力発生室１２と後述する共通イ
ンク室３１とは、後述する封止板２０の各圧力発生室１
２の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク
供給連通口２１を介して連通されており、インクはこの
インク供給連通口２１を介して共通インク室３１から供
給され、各圧力発生室１２に分配される。Further, each pressure generating chamber 12 and a common ink chamber 31 described later are connected to each pressure generating chamber 1 of the sealing plate 20 described later.
The ink is supplied from a common ink chamber 31 through the ink supply communication port 21 formed at a position corresponding to one end of the pressure generation chamber 12. Distributed to
【００５３】封止板２０は、前述の各圧力発生室１２に
対応したインク供給連通口２１が穿設された、厚さが例
えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下
で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラ
スセラミックスからなる。なお、インク供給連通口２１
は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各圧力発生室１
２のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット
孔２１Ａでも、あるいは複数のスリット孔２１Ｂであっ
てもよい。封止板２０は、一方の面で流路形成基板１０
の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外
力から保護する補強板の役目も果たす。また、封止板２
０は、他面で共通インク室３１の一壁面を構成する。The sealing plate 20 is provided with an ink supply communication port 21 corresponding to each of the pressure generating chambers 12 and has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less. , For example, 2.5-4.5 [× 10 −6 / ° C.]. In addition, the ink supply communication port 21
Each of the pressure generating chambers 1 is, as shown in FIGS.
It may be one slit hole 21A crossing the vicinity of the second ink supply side end or a plurality of slit holes 21B. The sealing plate 20 is provided on one side with the flow path forming substrate 10.
, And also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impacts and external forces. Also, sealing plate 2
0 forms one wall surface of the common ink chamber 31 on the other surface.
【００５４】共通インク室形成基板３０は、共通インク
室３１の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、イ
ンク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を
打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共
通インク室形成基板３０の厚さは、０．２ｍｍとしてい
る。The common ink chamber forming substrate 30 forms the peripheral wall of the common ink chamber 31, and is formed by punching a stainless steel plate having an appropriate thickness according to the number of nozzles and the ink droplet ejection frequency. . In the present embodiment, the thickness of the common ink chamber forming substrate 30 is 0.2 mm.
【００５５】インク室側板４０は、ステンレス基板から
なり、一方の面で共通インク室３１の一壁面を構成する
ものである。また、インク室側板４０には、他方の面の
一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成するこ
とにより薄肉壁４１が形成され、さらに、外部からのイ
ンク供給を受けるインク導入口４２が打抜き形成されて
いる。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生す
るノズル開口１１と反対側へ向かう圧力を吸収するため
のもので、他の圧力発生室１２に、共通インク室３１を
経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
本実施形態では、インク導入口４２と外部のインク供給
手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側
板４０を０．２ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍ
の薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄
肉壁４１の形成を省略するために、インク室側板４０の
厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。The ink chamber side plate 40 is made of a stainless steel substrate, and one surface thereof constitutes one wall surface of the common ink chamber 31. In the ink chamber side plate 40, a thin wall 41 is formed by forming a concave portion 40a by half etching on a part of the other surface, and an ink introduction port 42 for receiving ink supply from the outside is punched and formed. ing. The thin wall 41 is for absorbing pressure generated at the time of ink droplet ejection toward the side opposite to the nozzle opening 11, and is unnecessary for the other pressure generating chambers 12 via the common ink chamber 31. Prevents positive or negative pressure from being applied.
In the present embodiment, the ink chamber side plate 40 is made 0.2 mm in consideration of rigidity required at the time of connection between the ink introduction port 42 and an external ink supply means, and a part of the thickness is 0.02 mm.
The thickness of the ink chamber side plate 40 may be 0.02 mm from the beginning in order to omit the formation of the thin wall 41 by half etching.
【００５６】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。一般的には、圧電振動子３０
０の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び
圧電体膜７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして
構成する。そして、ここではパターニングされた何れか
一方の電極及び圧電体膜７０から構成され、両電極への
電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部
３２０という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電振
動子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電振動子
３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合
でこれを逆にしても支障はない。何れの場合において
も、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されているこ
とになる。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。On the other hand, the thickness of the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 is, for example, about 0.5 μm.
A lower electrode film 60, a piezoelectric film 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are formed by lamination in a process to be described later. (Piezoelectric element) 300 is constituted. Here, the piezoelectric vibrator 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80. Generally, the piezoelectric vibrator 30
0 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric film 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric film 70 and in which a piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric vibrator 300, and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric vibrator 300. Absent. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. In the example described above, the elastic film 50 and the lower electrode film 60 function as a diaphragm, but the lower electrode film may also serve as the elastic film.
【００５７】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板１０上に、圧電体膜７０等を形成するプロセス
を図４を参照しながら説明する。Here, a process for forming the piezoelectric film 70 and the like on the flow path forming substrate 10 made of a silicon single crystal substrate will be described with reference to FIG.
【００５８】図４（ａ）に示すように、まず、流路形成
基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１０
０℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜５０を形成する。As shown in FIG. 4A, first, a silicon single crystal substrate wafer serving as the flow path forming substrate 10 is
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form an elastic film 50 made of silicon dioxide.
【００５９】次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタ
リングで下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料
としては、Ｐｔ等が好適である。これは、スパッタリン
グやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０は、成
膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１００
０℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるから
である。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような
高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければなら
ず、殊に、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合に
は、ＰｂＯの拡散による導電性の変化が少ないことが望
ましく、これらの理由からＰｔが好適である。Next, as shown in FIG. 4B, a lower electrode film 60 is formed by sputtering. Pt or the like is preferable as the material of the lower electrode film 60. This is because a piezoelectric film 70 to be described later, which is formed by sputtering or a sol-gel method, has a thickness of 600 to 100 in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation.
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 0 ° C. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity at such a high temperature and in an oxidizing atmosphere. In particular, when PZT is used for the piezoelectric film 70, the conductivity of the material by diffusion of PbO is increased. It is desirable that there is little change in sex, and Pt is preferred for these reasons.
【００６０】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体膜
７０を成膜する。この圧電体膜７０の成膜にはスパッタ
リング法を用いることもできるが、本実施形態では、金
属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾
燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化
物からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法
を用いて形成した。圧電体膜７０の材料としては、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット
式記録ヘッドに使用する場合には好適である。Next, as shown in FIG. 4C, a piezoelectric film 70 is formed. The piezoelectric film 70 can be formed by a sputtering method, but in the present embodiment, a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and further baked at a high temperature. A so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric film 70 made of a metal oxide was formed. As a material for the piezoelectric film 70, a lead zirconate titanate (PZT) -based material is suitable when used in an ink jet recording head.
【００６１】次に、図４（ｄ）に示すように、上電極膜
８０を成膜する。その際、本実施形態では、上電極膜８
０を圧縮応力とし、下電極膜６０及び圧電体膜７０の引
張応力より大きくなるように形成している。そのため、
この上電極膜８０は、圧縮応力を有し導電性の高い材料
で形成するのが好ましく、例えば、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，
Ｏｓ，Ｒｕ及びＲｅの何れかの金属が好適である。さら
に、本実施形態では、上電極膜８０を所定のガス中、例
えば、ガス圧１Ｐａ以下でスパッタリング法によって成
膜することにより、上電極膜８０中にそのガスを取り込
んでいる。これにより、上電極膜８０には、より大きい
圧縮応力が付与される。この上電極膜８０中に取り込む
ガスとしては、不活性ガスであることが好ましく、例え
ば、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ又はＲｎが好適であ
る。なお、スパッタリングの際のガス圧等の諸条件は、
スパッタ装置及び材料等によって、適宜調整すればよ
い。Next, as shown in FIG. 4D, an upper electrode film 80 is formed. At this time, in this embodiment, the upper electrode film 8
0 is defined as a compressive stress, and is formed so as to be larger than the tensile stress of the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 70. for that reason,
The upper electrode film 80 is preferably formed of a material having compressive stress and high conductivity. For example, Pt, Pd, Ir,
Any metal of Os, Ru and Re is suitable. Further, in the present embodiment, the upper electrode film 80 is formed in a predetermined gas, for example, a gas pressure of 1 Pa or less by a sputtering method, so that the gas is taken into the upper electrode film 80. Thereby, a larger compressive stress is applied to the upper electrode film 80. The gas taken into the upper electrode film 80 is preferably an inert gas, for example, He, Ne, Ar, Kr, Xe or Rn. Note that various conditions such as gas pressure during sputtering are as follows:
What is necessary is just to adjust suitably according to a sputtering apparatus, a material, etc.
【００６２】次に、図５に示すように、下電極膜６０、
圧電体膜７０及び上電極膜８０をパターニングする。Next, as shown in FIG.
The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned.
【００６３】まず、図５（ａ）に示すように、下電極膜
６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を一緒にエッチン
グして下電極膜６０の全体パターンをパターニングす
る。次いで、図５（ｂ）に示すように、圧電体膜７０及
び上電極膜８０のみをエッチングして圧電体能動部３２
０のパターニングを行う。First, as shown in FIG. 5A, the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80 are etched together to pattern the entire pattern of the lower electrode film 60. Next, as shown in FIG. 5B, only the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched to form the piezoelectric active portion 32.
0 patterning is performed.
【００６４】本実施形態では、その後、圧力発生室１２
をエッチングにより形成するが、このときの圧電体能動
部３２０が受ける応力の状態を以下に説明する。なお、
図６は、圧力発生室１２をエッチングにより形成前後の
各層が受ける応力の状態を模式的に示した図である。In this embodiment, the pressure generating chamber 12
Is formed by etching. The state of the stress applied to the piezoelectric active portion 320 at this time will be described below. In addition,
FIG. 6 is a diagram schematically showing a state of stress applied to each layer before and after forming the pressure generating chamber 12 by etching.
【００６５】図６（ａ）に示すように、圧電体膜７０及
び上電極膜８０の各層を成膜した状態では、圧電体膜７
０及び下電極膜６０は、それぞれ流路形成基板１０から
引張応力σ1，σ2を受け、弾性膜５０及び上電極膜８０
は、それぞれ圧縮応力σ3，σ4を受けている。この上電
極膜８０の圧縮応力σ4の大きさは、上述のように、引
張応力σ1，σ2の大きさより大きくなっている。そし
て、図６（ｂ）に示すように、圧電体能動部３２０をパ
ターニングすると、圧電体膜７０及び上電極膜８０の応
力σ1，σ4の一部が開放される。次に、図６（ｃ）に示
すように、圧電体能動部３２０の下方に圧力発生室１２
を形成しても、圧電体膜７０と上電極膜８０との流路形
成基板１０から受ける応力の向きが逆であり、圧電体膜
７０の引張応力σ1が開放される力よりも上電極膜８０
の圧縮応力σ4が開放される力の方が大きいため、下電
極膜６０及び弾性膜５０からなる振動板が上に凸に変形
する。As shown in FIG. 6A, when the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are formed, the piezoelectric film 7
0 and the lower electrode film 60 receive the tensile stresses σ 1 and σ 2 from the flow path forming substrate 10, respectively, and receive the elastic film 50 and the upper electrode film 80.
Receive compressive stresses σ 3 and σ 4 , respectively. The magnitude of the compressive stress σ 4 of the upper electrode film 80 is larger than the magnitude of the tensile stresses σ 1 and σ 2 as described above. Then, as shown in FIG. 6B, when the piezoelectric active portion 320 is patterned, the stresses σ 1 and σ 4 of the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are partially released. Next, as shown in FIG. 6C, the pressure generating chamber 12 is located below the piezoelectric active portion 320.
Is formed, the direction of the stress received from the flow path forming substrate 10 between the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 is opposite, and the tensile force σ 1 of the piezoelectric film 70 is higher than the force at which the tensile stress σ 1 is released. Membrane 80
Since the force that releases the compressive stress σ 4 is greater, the diaphragm composed of the lower electrode film 60 and the elastic film 50 is deformed upwardly.
【００６６】なお、上電極膜８０の内部応力を圧縮応力
としない場合には、図７（ａ）に示すように、圧力発生
室１２形成前に、圧電体膜７０及び上電極膜８０にはそ
れぞれ引張応力σ1，σ4が残留しているので、圧力発生
室１２を形成すると、図７（ｂ）に示すように、引張応
力σ1，σ4は開放されて収縮しようとする力となり、結
果的に、下電極膜６０及び弾性膜５０からなる振動板
は、下に凸に変形され、これが初期変形として残留す
る。When the internal stress of the upper electrode film 80 is not a compressive stress, as shown in FIG. 7A, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film Since the tensile stresses σ 1 and σ 4 remain, respectively, when the pressure generating chamber 12 is formed, as shown in FIG. 7B, the tensile stresses σ 1 and σ 4 are released and tend to contract. As a result, the diaphragm composed of the lower electrode film 60 and the elastic film 50 is deformed to be convex downward, and this remains as initial deformation.
【００６７】このように、本実施形態では、上電極膜８
０に、所定の大きさの圧縮応力を付与することにより、
圧電体能動部３２０をパターニング及び圧力発生室１２
形成後に、上電極膜８０が引張方向の応力を受ける（圧
縮応力が開放される）ため、圧電体膜７０の圧縮方向の
応力を相殺し、さらに、振動板を上に凸に変形させるこ
とができ、圧電体能動部３２０の駆動による振動板の変
形量を向上することができる。As described above, in the present embodiment, the upper electrode film 8
By applying a predetermined amount of compressive stress to 0,
Patterning and pressure generation chamber 12
After the formation, the upper electrode film 80 receives a stress in the tensile direction (compressive stress is released), so that the stress in the compressive direction of the piezoelectric film 70 is canceled out, and further, the diaphragm is deformed upwardly. As a result, the amount of deformation of the diaphragm caused by driving the piezoelectric active section 320 can be improved.
【００６８】以上の説明では、圧電体能動部３２０をパ
ターニングした後、圧力発生室１２を形成するようにし
たが、実際には、図２に示すように、各上電極膜８０の
上面の少なくとも周縁、及び圧電体膜７０および下電極
膜６０の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層
９０を形成し、さらに、絶縁体層９０の各圧電体能動部
３２０の一端部に対応する部分の上面を覆う部分の一部
にはリード電極１００と接続するために上電極膜８０の
一部を露出させるコンタクトホール９０ａを形成し、こ
のコンタクトホール９０ａを介して各上電極膜８０に一
端が接続し、また他端が接続端子部に延びるリード電極
１００を形成するようにしてもよい。ここで、リード電
極１００は、駆動信号を上電極膜８０に確実に供給でき
る程度に可及的に狭い幅となるように形成するのが好ま
しい。なお、本実施形態では、コンタクトホール９０ａ
は、圧力発生室１２に対向する位置に設けられている
が、圧電体能動部３２０を圧力発生室１２の周壁に対向
する領域まで延設し、圧力発生室１２の周壁に対向する
位置にコンタクトホール９０ａを設けてもよい。In the above description, the pressure generating chamber 12 is formed after the piezoelectric active portion 320 is patterned. However, as shown in FIG. 2, at least the upper surface of each upper electrode film 80 is actually formed. An insulating layer 90 having electrical insulation is formed so as to cover the periphery and the side surfaces of the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60, and further correspond to one end of each piezoelectric active portion 320 of the insulating layer 90. A contact hole 90a exposing a part of the upper electrode film 80 for connecting to the lead electrode 100 is formed in a part of the part covering the upper surface of the part to be formed, and each upper electrode film 80 is formed through the contact hole 90a. One end may be connected, and the other end may form the lead electrode 100 extending to the connection terminal portion. Here, it is preferable that the lead electrode 100 be formed to have a width as narrow as possible so that a drive signal can be reliably supplied to the upper electrode film 80. In the present embodiment, the contact holes 90a
Is provided at a position facing the pressure generating chamber 12, but extends the piezoelectric active part 320 to a region facing the peripheral wall of the pressure generating chamber 12, and contacts the piezoelectric active part 320 at a position facing the peripheral wall of the pressure generating chamber 12. A hole 90a may be provided.
【００６９】また、以上説明した一連の膜形成及び異方
性エッチングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時
に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチ
ップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。また、分
割した流路形成基板１０を、封止板２０、共通インク室
形成基板３０、及びインク室側板４０と順次接着して一
体化し、インクジェット式記録ヘッドとする。In the above-described series of film formation and anisotropic etching, a number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after the process is completed, a flow path having one chip size as shown in FIG. It is divided for each forming substrate 10. Further, the divided flow path forming substrate 10 is sequentially adhered and integrated with the sealing plate 20, the common ink chamber forming substrate 30, and the ink chamber side plate 40 to form an ink jet recording head.
【００７０】このように構成したインクジェットヘッド
は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導
入口４２からインクを取り込み、共通インク室３１から
ノズル開口１１に至るまで内部をインクで満たした後、
図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、リー
ド電極１００を介して下電極膜６０と上電極膜８０との
間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電
体膜７０をたわみ変形させることにより、圧力発生室１
２内の圧力が高まりノズル開口１１からインク滴が吐出
する。The ink jet head thus configured takes in ink from an ink inlet 42 connected to an external ink supply means (not shown), fills the interior from the common ink chamber 31 to the nozzle opening 11 with ink, and
In accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 via the lead electrode 100, and the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric film 70 The pressure generating chamber 1 is deformed by bending.
The pressure in 2 increases, and ink droplets are ejected from nozzle opening 11.
【００７１】ここで、本実施形態の圧電振動子の駆動時
の振動板に加わる力と弾性変形量との関係を図８（ａ）
に示す。図示するように、本実施形態では、振動板が上
電極膜８０の圧縮応力によって力ｆを受けて、初期段階
にインク吐出のための変形方向とは逆方向の変形ｔが生
じている。したがって、圧電体能動部３２０の駆動によ
る力Ｆによって変形Ｔを生じる。また、この変形Ｔは弾
性領域で生じているため、すべての変形をインクの吐出
に利用することができる。FIG. 8A shows the relationship between the force applied to the diaphragm and the amount of elastic deformation when the piezoelectric vibrator of this embodiment is driven.
Shown in As shown in the figure, in the present embodiment, the diaphragm receives a force f due to the compressive stress of the upper electrode film 80, and a deformation t in a direction opposite to the deformation direction for ink ejection occurs in an initial stage. Therefore, the deformation T is generated by the force F by the driving of the piezoelectric active part 320. Further, since this deformation T occurs in the elastic region, all the deformations can be used for ink ejection.
【００７２】一方、上電極膜８０を圧縮応力にしない場
合には、図８（ｂ）に示すように、圧電体膜７０等の引
張応力によって力ｆ’を受けて、初期段階にインク吐出
のための変形方向に変形ｔ’が生じており、圧電体能動
部の駆動時に力Ｆが加わると、振動板が塑性変形領域に
入ってしまうため、変形Ｔは得られずに変形Ｔ’が生じ
ることになり、Ｔ−Ｔ’が変形の損失となる。On the other hand, when the upper electrode film 80 is not made to have a compressive stress, as shown in FIG. 8B, a force f 'is received by the tensile stress of the piezoelectric film 70 and the like, and the ink is discharged in the initial stage. T 'occurs in the direction of the deformation, and when the force F is applied during the driving of the piezoelectric active portion, the diaphragm enters the plastic deformation region, so that the deformation T is not obtained and the deformation T' occurs. That is, TT ′ is a loss of deformation.
【００７３】このように、本実施形態では、上電極膜８
０に圧縮応力を付与することにより、圧力発生室を形成
する際に、振動板がインク吐出とは反対方向、すなわち
上に凸に変形するため、振動板の弾性変形領域内で、圧
電体能動部の駆動による変形量を増加させることがで
き、良好なインク吐出を行うことができる。As described above, in this embodiment, the upper electrode film 8
When the pressure generating chamber is formed by applying a compressive stress to 0, the diaphragm is deformed in a direction opposite to the ink ejection, that is, convexly upward. The amount of deformation due to the driving of the unit can be increased, and good ink ejection can be performed.
【００７４】なお、本実施形態では、上電極膜８０中に
不活性ガスを取り込むことにより、上電極膜８０にさら
に大きな圧縮応力を付与するようにしたが、これに限定
されるわけではない。上電極膜８０は、基本的には圧縮
応力であり、この圧縮応力が、所望の強さ以上となって
いれば、不活性ガスを取り込まなくてもよいことは言う
までもない。In the present embodiment, a larger compressive stress is applied to the upper electrode film 80 by introducing an inert gas into the upper electrode film 80. However, the present invention is not limited to this. The upper electrode film 80 is basically a compressive stress, and it goes without saying that an inert gas need not be taken in if the compressive stress is higher than a desired strength.
【００７５】（実施形態２）本実施形態は、上電極膜８
０に、不活性ガスの代わりに、上電極膜８０の金属とは
異なる成分の金属、半金属、半導体又は絶縁体等の添加
物を添加することによって、上電極膜８０を圧縮応力と
した以外は実施形態１と同様である。(Embodiment 2) In this embodiment, the upper electrode film 8
0, by adding an additive such as a metal, a semi-metal, a semiconductor, or an insulator different from the metal of the upper electrode film 80 in place of the inert gas, so that the upper electrode film 80 has a compressive stress. Is the same as in the first embodiment.
【００７６】これらの添加物の添加方法としては、例え
ば、図９（ａ）に示すように、上電極膜８０を形成後、
上電極膜８０の上方からのイオン打ち込みによって、添
加物を上電極膜８０に添加することができる。As a method for adding these additives, for example, after forming the upper electrode film 80 as shown in FIG.
An additive can be added to the upper electrode film 80 by ion implantation from above the upper electrode film 80.
【００７７】また、例えば、図１０（ａ）に示すよう
に、上電極膜８０上に、上電極膜８０に添加される添加
物層８５を形成し、次いで、不活性ガス又は真空中で加
熱処理することにより添加物層８５の成分元素を上電極
膜８０に固相拡散させることにより、上電極膜８０に添
加物を添加することができる。For example, as shown in FIG. 10A, an additive layer 85 added to the upper electrode film 80 is formed on the upper electrode film 80, and then heated in an inert gas or vacuum. By subjecting the constituent elements of the additive layer 85 to solid-phase diffusion into the upper electrode film 80 by performing the treatment, the additive can be added to the upper electrode film 80.
【００７８】このように、イオン打ち込み又は固相拡散
によって上電極膜８０に添加した場合には、図９（ｂ）
又は図１０（ｂ）に示すように、上電極膜８０の上層部
８１に添加物が多く添加されるため、上電極膜８０の上
層部８１が特に大きい圧縮応力となる。As described above, when the ions are added to the upper electrode film 80 by ion implantation or solid phase diffusion, FIG.
Alternatively, as shown in FIG. 10B, a large amount of an additive is added to the upper layer portion 81 of the upper electrode film 80, so that the upper layer portion 81 of the upper electrode film 80 has a particularly large compressive stress.
【００７９】このように、上電極膜８０に、上電極膜８
０の金属とは異なる金属等の添加物を添加することによ
り、上電極膜８０は体積が膨張することによって圧縮応
力となる。したがって、実施形態１と同様に、振動板を
上に凸に変形させることができ、圧電体能動部３２０の
駆動による振動板の変形量を向上することができる。ま
た、本実施形態では、上電極膜８０の上層部が特に大き
い圧縮応力となっているため、圧力発生室１２を形成し
た場合には、振動板をより確実に上に凸に変形させるこ
とができる。As described above, the upper electrode film 8 is
By adding an additive such as a metal different from the zero metal, the upper electrode film 80 becomes a compressive stress due to the volume expansion. Therefore, similarly to the first embodiment, the diaphragm can be deformed to be convex upward, and the amount of deformation of the diaphragm caused by driving the piezoelectric active section 320 can be improved. Further, in the present embodiment, since the upper layer portion of the upper electrode film 80 has a particularly large compressive stress, when the pressure generating chamber 12 is formed, it is possible to more reliably deform the diaphragm into a convex shape. it can.
【００８０】（実施形態３）図１１は、実施形態３に係
るインクジェット式記録ヘッドの要部断面である。(Embodiment 3) FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 3.
【００８１】本実施形態は、図１１に示すように、上電
極膜８０Ａを圧電体膜７０に接する第１の電極膜８２と
その上に積層される第２の電極膜８３とで構成した例で
ある。In the present embodiment, as shown in FIG. 11, an upper electrode film 80A is composed of a first electrode film 82 in contact with the piezoelectric film 70 and a second electrode film 83 laminated thereon. It is.
【００８２】本実施形態の上電極膜８０Ａを構成する第
１の電極膜８２は、実施形態１と同様、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｒｕ及びＲｅの何れかの金属で形成さ
れ、圧縮応力を有している。また、第２の電極膜８２
は、第１の電極膜８１よりも大きい圧縮応力を有するこ
とが好ましく、例えば、酸化ルテニウム、酸化インジウ
ム錫、酸化カドミウムインジウム、酸化錫、酸化マンガ
ン、酸化レニウム、酸化イリジウム、酸化ストロンチウ
ムルテニウム、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタ
ン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム又は酸化モリブ
デン等の導電性の酸化膜、あるいは、例えば、窒化チタ
ン、窒化ニオブ、窒化ジルコニウム、窒化タングステ
ン、窒化ハフニウム、窒化モリブデン、窒化タンタル、
窒化クロム又は窒化バナジウム等の導電性の窒化膜で形
成されている。The first electrode film 82 constituting the upper electrode film 80A of this embodiment is made of Pt, Pd, I
It is formed of any metal of r, Rh, Os, Ru and Re, and has a compressive stress. Also, the second electrode film 82
Preferably has a larger compressive stress than the first electrode film 81, for example, ruthenium oxide, indium tin oxide, cadmium indium oxide, tin oxide, manganese oxide, rhenium oxide, iridium oxide, strontium ruthenium oxide, indium oxide A conductive oxide film such as zinc oxide, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide or molybdenum oxide, or, for example, titanium nitride, niobium nitride, zirconium nitride, tungsten nitride, hafnium nitride, molybdenum nitride, tantalum nitride,
It is formed of a conductive nitride film such as chromium nitride or vanadium nitride.
【００８３】このような本実施形態の上電極膜８０Ａの
形成方法は、特に限定されないが、本実施形態では、以
下の方法で形成した。The method of forming the upper electrode film 80A in this embodiment is not particularly limited, but in this embodiment, it is formed by the following method.
【００８４】実施形態１の薄膜製造工程と同様に、流路
形成基板１０上に、下電極膜６０及び圧電体膜７０を成
膜後、まず上電極膜８０Ａを構成する第１の電極膜８２
を成膜し、次いで、第１の電極膜８２上に、第１の電極
膜８２とは異なる主成分を有する第２の電極膜８３を形
成する。ここで、第２の電極膜８３は、好ましくは導電
性酸化膜又は導電性窒化膜からなるが、これらは、直
接、酸化膜又は窒化膜を形成してもよいが、成膜した
後、酸化又は窒化して形成してもよい。As in the thin film manufacturing process of the first embodiment, after the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 70 are formed on the flow path forming substrate 10, first, the first electrode film 82 constituting the upper electrode film 80A is formed.
Is formed, and then a second electrode film 83 having a main component different from that of the first electrode film 82 is formed on the first electrode film 82. Here, the second electrode film 83 is preferably made of a conductive oxide film or a conductive nitride film. These may be directly formed by an oxide film or a nitride film. Alternatively, it may be formed by nitriding.
【００８５】その後、上述の製造工程と同様に、圧電体
能動部３２０及び圧力発生室１２を形成する。Thereafter, the piezoelectric active section 320 and the pressure generating chamber 12 are formed in the same manner as in the above-described manufacturing process.
【００８６】上電極膜８０Ａをこのような構成として
も、上述の実施形態と同様に、振動板が上に凸に変形さ
れ、圧電体能動部３２０の駆動による振動板の変形量を
向上することができる。また、上電極膜８０Ａを圧縮応
力を有する二層で構成し、上層を導電性の酸化膜又は窒
化膜等で構成することにより、下層よりも大きい圧縮応
力としたので、実施形態２と同様に、圧力発生室１２を
形成した場合には、振動板を効果的に上に凸に変形させ
ることができる。Even when the upper electrode film 80A has such a structure, the diaphragm is deformed to be convex upward similarly to the above-described embodiment, and the amount of deformation of the diaphragm by driving the piezoelectric active portion 320 is improved. Can be. Further, the upper electrode film 80A is composed of two layers having a compressive stress, and the upper layer is composed of a conductive oxide film or a nitride film, so that the compressive stress is larger than that of the lower layer. When the pressure generating chamber 12 is formed, the diaphragm can be effectively deformed to be convex upward.
【００８７】なお、本実施形態では、上電極膜８０を二
層で構成しているが、例えば、第１の電極膜８２を設け
ず、導電性酸化膜又は導電性窒化膜で形成される第２の
電極膜８３のみで構成するようにしてもよい。このよう
な構成においても、上述の実施形態と同様の効果を得る
ことができる。In the present embodiment, the upper electrode film 80 is composed of two layers. However, for example, the first electrode film 82 is not provided, and the upper electrode film 80 is formed of a conductive oxide film or a conductive nitride film. The second electrode film 83 may be constituted only. Even in such a configuration, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.
【００８８】（他の実施形態）以上、本発明の各実施形
態を説明したが、振動板を上に凸に変形させる手段は、
上述したものに限定されない。例えば、圧力発生室１２
を形成後、振動板の圧力発生室１２とは反対側に、物理
的に引張り力を付与するようにして凸に変形させるよう
にしてもよいし、流路形成基板１０を上に凸に変形させ
て振動板に張力を付与して凸に変形させてもよい。(Other Embodiments) The embodiments of the present invention have been described above. Means for deforming the diaphragm to be convex upward is as follows.
It is not limited to the above. For example, the pressure generating chamber 12
May be formed on the side of the diaphragm opposite to the pressure generating chamber 12 so as to physically apply a tensile force to deform the convex shape, or to deform the flow path forming substrate 10 upwardly. In this case, a tension may be applied to the diaphragm to deform it into a convex shape.
【００８９】また、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。The basic structure of the ink jet recording head is not limited to the above.
【００９０】例えば、図１２に示すように、圧力発生室
１２の幅方向両側に対向した領域である圧電体能動部３
２０の両側のいわゆる振動板腕部に相当する部分に、下
電極膜６０を除去した下電極膜除去部３５０を設け、圧
電体能動部３２０への電圧印加による変位量の向上を図
ってもよい。この下電極膜除去部３５０は、下電極膜６
０を完全に除去せずに、厚さ方向の一部をハーフエッチ
ング等により除去することにより形成してもよく、ま
た、弾性膜５０の厚さ方向の一部まで除去することによ
り形成してもよい。For example, as shown in FIG. 12, the piezoelectric active portion 3 is a region opposed to both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12.
A lower electrode film removing portion 350 from which the lower electrode film 60 has been removed may be provided in a portion corresponding to a so-called diaphragm arm portion on both sides of 20 to improve a displacement amount by applying a voltage to the piezoelectric active portion 320. . The lower electrode film removing unit 350
0 may not be completely removed, but may be formed by removing a part in the thickness direction by half etching or the like, or may be formed by removing a part of the elastic film 50 in the thickness direction. Is also good.
【００９１】このように、下電極膜除去部３５０を設け
た場合にも、上述の実施形態と同様に、上電極膜８０
に、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０の引張
応力よりも大きい圧縮方向の応力を付与することによ
り、振動板を上に凸に変形させることができ、圧電体能
動部３２０の駆動による振動板の変形量を向上すること
ができる。Thus, even when the lower electrode film removing portion 350 is provided, similarly to the above-described embodiment, the upper electrode film 80 is removed.
By applying a stress in the compression direction larger than the tensile stress of the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric film 70, the diaphragm can be deformed to be upwardly convex. The amount of deformation of the diaphragm due to driving can be improved.
【００９２】また、例えば、上述した封止板２０の他、
共通インク室形成板３０をガラスセラミックス製として
もよく、さらには、薄肉膜４１を別部材としてガラスセ
ラミックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由
である。For example, in addition to the sealing plate 20 described above,
The common ink chamber forming plate 30 may be made of glass ceramic, and further, the thin film 41 may be made of glass ceramic as a separate member, and the material, structure and the like can be freely changed.
【００９３】また、上述した実施形態では、ノズル開口
を流路形成基板１０の端面に形成しているが、面に垂直
な方向に突出するノズル開口を形成してもよい。In the above-described embodiment, the nozzle openings are formed on the end surface of the flow path forming substrate 10, but may be formed so as to protrude in a direction perpendicular to the surface.
【００９４】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図１３、その流路の断面を図１４にぞれぞれ示す。こ
の実施形態では、ノズル開口１１が圧電振動子とは反対
のノズル基板１２０に穿設され、これらノズル開口１１
と圧力発生室１２とを連通するノズル連通口２２が、封
止板２０，共通インク室形成板３０及び薄肉板４１Ａ及
びインク室側板４０Ａを貫通するように配されている。FIG. 13 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG. 14 is a cross-sectional view of the flow path. In this embodiment, the nozzle openings 11 are drilled in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric vibrator, and these nozzle openings 11
A nozzle communication port 22 for communicating the pressure generating chamber 12 with the pressure generating chamber 12 is provided so as to penetrate the sealing plate 20, the common ink chamber forming plate 30, the thin plate 41A, and the ink chamber side plate 40A.
【００９５】なお、本実施形態は、その他、薄肉板４１
Ａとインク室側板４０Ａとを別部材とし、インク室側板
４０に開口４０ｂを形成した以外は、基本的に上述した
実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略する。The present embodiment is different from the first embodiment in that
A is basically the same as the above-described embodiment except that the ink chamber side plate 40A and the ink chamber side plate 40A are separate members, and the opening is formed in the ink chamber side plate 40. Is omitted.
【００９６】ここで、この実施形態においても、上述し
た実施形態と同様に、上電極膜を圧縮応力とすることに
より、圧電体能動部の駆動による振動板の変形量を増加
することができる。Here, also in this embodiment, similarly to the above-described embodiment, the amount of deformation of the diaphragm caused by driving the piezoelectric active portion can be increased by setting the upper electrode film to a compressive stress.
【００９７】また、勿論、共通インク室を流路形成基板
内に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも
同様に応用できる。Further, needless to say, the present invention can be similarly applied to an ink jet recording head of a type in which a common ink chamber is formed in a flow path forming substrate.
【００９８】また、以上説明した各実施形態は、成膜及
びリソグラフィプロセスを応用することにより製造でき
る薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、
勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積
層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシ
ートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を
形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘ
ッドに本発明を採用することができる。In each of the embodiments described above, a thin-film type ink jet recording head which can be manufactured by applying a film forming and lithography process is described as an example.
Of course, the present invention is not limited to this. For example, an inkjet type having various structures, such as a type in which a pressure generating chamber is formed by laminating substrates, or a type in which a green sheet is attached or a piezoelectric film is formed by screen printing or the like. The present invention can be applied to a recording head.
【００９９】また、圧電振動子とリード電極との間に絶
縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例
えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜
を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続した
り、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング
技術を用いて接続したりする構成としてもよい。Further, the example in which the insulator layer is provided between the piezoelectric vibrator and the lead electrode has been described. However, the present invention is not limited to this. The conductive film may be thermally welded, and the anisotropic conductive film may be connected to the lead electrode, or may be connected using various bonding techniques such as wire bonding.
【０１００】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.
【０１０１】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１５
は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図
である。The ink jet recording head of each of the embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge and the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. FIG.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.
【０１０２】図１５に示すように、インクジェット式記
録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、
インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが
着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び
１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付け
られたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。As shown in FIG. 15, the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording heads are
Cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided. A carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. I have. The recording head units 1A and 1B are, for example,
Each of them ejects a black ink composition and a color ink composition.
【０１０３】そして、駆動モータ６の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリ
ッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及
び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿っ
て移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に
沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ロ
ーラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シ
ートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるように
なっている。The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, a platen 8 is provided on the apparatus main body 4 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is wound around the platen 8. It is designed to be transported.
【０１０４】[0104]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上電極膜を下電極膜及び圧電体膜の引張応力よりも大き
い圧縮応力とすることにより、振動板は、圧電体能動部
のパターニング及び圧力発生室形成後に、上電極膜の圧
縮応力が開放されることによる引張方向の力の影響を受
ける。しがって、振動板は上に凸に変形し、圧電体能動
部の駆動による変形量を向上することができ、良好なイ
ンク吐出を行うことができるという効果を奏する。As described above, according to the present invention,
By setting the upper electrode film to have a compressive stress larger than the tensile stress of the lower electrode film and the piezoelectric film, the diaphragm is released from the compressive stress of the upper electrode film after the patterning of the piezoelectric active portion and the formation of the pressure generating chamber. And is affected by the tensile force. Accordingly, the diaphragm is deformed upwardly convex, and the amount of deformation due to driving of the piezoelectric active portion can be improved, so that there is an effect that good ink ejection can be performed.
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す図であり、図１の平面図及び断面図であ
る。FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention, showing the same.
【図３】図１の封止板の変形例を示す図である。FIG. 3 is a view showing a modification of the sealing plate of FIG. 1;
【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram illustrating a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
【図６】本実施形態の圧電体能動部が圧力発生室形成時
に受ける応力の状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a state of stress applied to the piezoelectric active portion of the present embodiment when the pressure generating chamber is formed.
【図７】従来の圧電体能動部が圧力発生室形成時に受け
る応力の状態を示す図である。FIG. 7 is a view showing a state of stress applied to a conventional piezoelectric active portion when forming a pressure generating chamber.
【図８】圧電振動子の駆動時に、振動板に加わる力と弾
性変形量との関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the force applied to the diaphragm and the amount of elastic deformation when the piezoelectric vibrator is driven.
【図９】本発明の実施形態２の薄膜製造工程を示す図で
ある。FIG. 9 is a diagram illustrating a thin film manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の実施形態２の薄膜製造工程の他の例
を示す図である。FIG. 10 is a view showing another example of the thin film manufacturing process according to the second embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の実施形態３に係るインクジェット式
記録ヘッドの要部断面図である。FIG. 11 is a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to a third embodiment of the invention.
【図１２】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの要部断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
【図１３】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドを示す分解斜視図である。FIG. 13 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
【図１４】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドを示す断面図である。FIG. 14 is a sectional view showing an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
【図１５】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. 15 is a schematic diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
１０ 流路形成基板 １２ 圧力発生室 ５０ 弾性膜 ６０ 下電極膜 ７０ 圧電体膜 ８０，８０Ａ 上電極膜 ９０ 絶縁体層 １００ リード電極 ３００ 圧電振動子 ３２０ 圧電体能動部 ３５０ 下電極膜除去部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 12 pressure generating chamber 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric film 80, 80A upper electrode film 90 insulating layer 100 lead electrode 300 piezoelectric vibrator 320 piezoelectric active portion 350 lower electrode film removing portion
Claims (17)
を構成する弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下電極
と、該下電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の
表面に形成された上電極とを備え、前記圧力発生室に対
応する領域に圧電振動子を形成したインクジェット式記
録ヘッドにおいて、 前記弾性膜が、前記圧力発生室から外側に向かって凸に
変形し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 elastic film forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening; a lower electrode provided on the elastic film; a piezoelectric layer formed on the lower electrode; An upper electrode formed on the surface of the body layer, and an ink jet recording head in which a piezoelectric vibrator is formed in a region corresponding to the pressure generating chamber, wherein the elastic film protrudes outward from the pressure generating chamber. An ink jet recording head, characterized in that the recording head is deformed.
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｏｓ，Ｒｕ及びＲｅから
なる群から選択される金属であることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッド。2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a main component of the upper electrode is a metal selected from the group consisting of Pt, Pd, Ir, Rh, Os, Ru and Re. .
ッタ法で形成され、且つ前記金属中に所定のガスが添加
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 ink jet recording head according to claim 2, wherein the upper electrode is formed by a sputtering method, and a predetermined gas is added to the metal.
Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ及びＲｎの群から選択される不
活性ガスであることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッド。4. The method according to claim 3, wherein the gas is He,
An ink jet recording head comprising an inert gas selected from the group consisting of Ne, Ar, Kr, Xe and Rn.
金属に、異なる成分の金属、半金属、半導体及び絶縁体
からなる群から選択される少なくとも一種の添加物が添
加されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッド。5. The method according to claim 2, wherein the upper electrode includes at least one additive selected from the group consisting of a metal, a semimetal, a semiconductor, and an insulator having different components. Characteristic inkjet recording head.
ン打ち込みにより前記上電極に添加されることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッド。6. The ink jet recording head according to claim 5, wherein the additive is added to the upper electrode by ion implantation.
上電極上に設けられた層からの固相拡散により前記上電
極に添加されることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッド。7. The ink jet recording head according to claim 5, wherein the additive is added to the upper electrode by solid phase diffusion from a layer provided on the upper electrode.
活性ガス又は真空下で加熱することにより行われること
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 7, wherein the solid phase diffusion is performed by heating under an inert gas or a vacuum.
圧電体層の表面に形成される第１の電極と、この第１の
電極上に積層される第２の電極とを有し、前記第２の電
極は、導電性の酸化膜又は窒化膜であることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。9. The method according to claim 1, wherein the upper electrode has a first electrode formed on a surface of the piezoelectric layer, and a second electrode stacked on the first electrode. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said second electrode is a conductive oxide film or nitride film.
主成分が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ及びＲ
ｅからなる群から選択される金属であることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。10. The method according to claim 9, wherein the main components of the first electrode are Pt, Pd, Ir, Rh, Os, Ru, and R.
e. an ink jet recording head comprising a metal selected from the group consisting of: e.
の電極を構成する酸化膜の主成分が、酸化ルテニウム、
酸化インジウム錫、酸化カドミウムインジウム、酸化
錫、酸化マンガン、酸化レニウム、酸化イリジウム、酸
化ストロンチウムルテニウム、酸化インジウム、酸化亜
鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム及
び酸化モリブデンからなる群から選択されることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッド。11. The method according to claim 9 or 10, wherein
The main component of the oxide film that constitutes the electrode is ruthenium oxide,
Indium tin oxide, cadmium indium oxide, tin oxide, manganese oxide, rhenium oxide, iridium oxide, strontium ruthenium oxide, indium oxide, zinc oxide, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide and molybdenum oxide Characteristic inkjet recording head.
の電極を構成する窒化膜の主成分が、窒化チタン、窒化
ニオブ、窒化ジルコニウム、窒化タングステン、窒化ハ
フニウム、窒化モリブデン、窒化タンタル、窒化クロム
及び窒化バナジウムからなる群から選択されていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。12. The method according to claim 9, wherein the second
The main component of the nitride film constituting the electrode is selected from the group consisting of titanium nitride, niobium nitride, zirconium nitride, tungsten nitride, hafnium nitride, molybdenum nitride, tantalum nitride, chromium nitride, and vanadium nitride. Inkjet recording head.
の電極は、成膜後に酸化又は窒化することにより形成さ
れることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。13. The method according to claim 9, wherein
The above-mentioned electrode is formed by oxidizing or nitriding after film formation.
分が、酸化ルテニウム、酸化インジウム錫、酸化カドミ
ウムインジウム、酸化錫、酸化マンガン、酸化レニウ
ム、酸化イリジウム、酸化ストロンチウムルテニウム、
酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニ
ウム、酸化ハフニウム及び酸化モリブデンからなる群か
ら選択される導電性酸化膜であることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッド。14. The method according to claim 1, wherein a main component of the upper electrode is ruthenium oxide, indium tin oxide, cadmium indium oxide, tin oxide, manganese oxide, rhenium oxide, iridium oxide, strontium ruthenium oxide,
An ink jet recording head comprising a conductive oxide film selected from the group consisting of indium oxide, zinc oxide, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide and molybdenum oxide.
分が、窒化チタン、窒化ニオブ、窒化ジルコニウム、窒
化タングステン、窒化ハフニウム、窒化モリブデン、窒
化タンタル、窒化クロム及び窒化バナジウムからなる群
から選択される導電性窒化膜であることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。15. The method according to claim 1, wherein a main component of the upper electrode is selected from the group consisting of titanium nitride, niobium nitride, zirconium nitride, tungsten nitride, hafnium nitride, molybdenum nitride, tantalum nitride, chromium nitride, and vanadium nitride. An ink jet type recording head comprising a conductive nitride film.
記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチング
により形成され、前記圧電振動子の各層が成膜及びリソ
グラフィ法により形成されたものであることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。16. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head, characterized in that:
ット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジ
ェット式記録装置。17. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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