JP6527901B2

JP6527901B2 - Ink jet recording head

Info

Publication number: JP6527901B2
Application number: JP2017058067A
Authority: JP
Inventors: 川久保　隆; 隆川久保; 阿部　和秀; 和秀阿部; 楠　竜太郎; 竜太郎楠
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Tec Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Tec Corp
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP2018158552A

Description

本発明の実施形態は、ノズルに連通したインク圧力室にインクを循環させるタイプのインクジェット式記録ヘッドに関する。 Embodiments of the present invention relate to an ink jet recording head of a type in which ink is circulated in an ink pressure chamber in communication with a nozzle.

インクジェット式記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク圧力室と、このインク圧力室内のインクを加圧するアクチュエータと、を備える。このヘッドは、アクチュエータを駆動することでインク圧力室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる。 The ink jet recording head includes a nozzle for discharging an ink droplet, an ink pressure chamber in communication with the nozzle, and an actuator for pressing the ink in the ink pressure chamber. The head drives the actuator to pressurize the ink in the ink pressure chamber to eject an ink droplet from the nozzle.

アクチュエータとして、例えば、圧電素子を用いてインク圧力室の壁面（振動板）を変形変位させることでインク滴を吐出させる圧電型のものが知られている。圧電型のアクチュエータは、圧電素子がインクに直接接触せず、圧電素子の発熱による熱の影響も無視できるため、使用するインクの種類に制約がないという利点がある。よって、半導体プロセス技術を上記圧電型に適用した、いわゆる圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドが注目されている。 As an actuator, for example, there is known a piezoelectric actuator which ejects ink droplets by deforming and displacing a wall surface (diaphragm) of an ink pressure chamber using a piezoelectric element. The piezoelectric actuator has an advantage that the type of ink used is not limited because the piezoelectric element does not directly contact the ink and the influence of heat generated by the piezoelectric element can be ignored. Therefore, attention is focused on a so-called piezoelectric MEMS ink jet recording head in which the semiconductor process technology is applied to the piezoelectric type.

特開２０１６−１８７８９２号公報JP, 2016-187892, A

インク圧力室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる場合、十分な吐出圧力を得るために、インク圧力室内のインクの圧力を維持する必要がある。このため、通常、インク圧力室とインク供給路の間に狭隘部（オリフィス）や段差部を設けてインク圧力室内にインクを閉じ込めるようにしている。 When the ink in the ink pressure chamber is pressurized to eject ink droplets from the nozzles, it is necessary to maintain the pressure of the ink in the ink pressure chamber in order to obtain a sufficient ejection pressure. For this reason, usually, a narrow portion (orifice) or a step portion is provided between the ink pressure chamber and the ink supply path so as to confine the ink in the ink pressure chamber.

一方、インク吐出動作中にインク圧力室内で気泡が発生すると、インク滴を吐出させるための圧力が気泡に吸収されて吐出不良を生じる。このため、インク圧力室にインクを循環させて気泡を除去するようにしたヘッドが知られている。 On the other hand, if air bubbles are generated in the ink pressure chamber during the ink discharge operation, the pressure for discharging the ink droplet is absorbed by the air bubbles, resulting in discharge failure. For this reason, there is known a head in which the ink is circulated in the ink pressure chamber to remove air bubbles.

しかし、インクの供給経路にオリフィスや段差部を設けると、流路抵抗が大きくなってインクが流れ難くなり、気泡の除去が不十分となる。 However, when an orifice or a step portion is provided in the ink supply path, the flow path resistance becomes large, the ink hardly flows, and the removal of the air bubbles becomes insufficient.

よって、十分な吐出圧力でインク滴を良好に吐出させることができるインクジェット式記録ヘッドの開発が望まれている。 Therefore, development of an ink jet recording head capable of satisfactorily discharging ink droplets with a sufficient discharge pressure is desired.

実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、第１面およびこの第１面と平行な第２面を有するとともに、第１面と第２面を連絡した複数のインク圧力室を有し、複数のインク圧力室が、第１面と平行な第１の方向にそれぞれ延設され、第１面と平行で第１の方向と直交する第２の方向に並べられ、第２の方向に並べられたインク圧力室の列が、第１の方向に複数列並べられた第１基板と、複数のインク圧力室の第１面側を塞ぐように第１基板の第１面に積層され、各インク圧力室にそれぞれ連通した複数のノズルを有するノズルプレートと、複数のインク圧力室の第２面側を塞ぐように第１基板の第２面に積層され、各列の複数のインク圧力室の第２の方向に並んだ一端にそれぞれ連通した複数の個別インク供給孔、および各列の複数のインク圧力室の第２の方向に並んだ他端にそれぞれ連通した複数の個別インク排出孔を有するダイアフラムと、複数のインク圧力室にそれぞれ対応してダイアフラムの第１基板と反対の背面側に設けられ、各インク圧力室内のインクをそれぞれ加圧可能な複数のアクチュエータと、ダイアフラムの背面側に積層され、ダイアフラムに対向する対向面およびこの対向面と反対の背面を有し、対向面に複数のアクチュエータをそれぞれ非接触状態で覆う複数の凹所を有し、対向面と背面を連絡してダイアフラムの各個別インク供給孔に連通した所定長さの複数の個別インク供給路、および対向面と背面を連絡してダイアフラムの各個別インク排出孔に連通した所定長さの複数の個別インク排出路を有する第２基板と、第２基板の背面側に積層され、第２の方向に並んで第１の方向に隣接した２列のインク圧力室の一端にそれぞれ連通した複数の個別インク供給路の各インク圧力室と反対側の端部に連通した共通インク供給室、および第２の方向に並んで第１の方向に隣接した２列のインク圧力室の他端にそれぞれ連通した複数の個別インク排出路の各インク圧力室と反対側の端部に連通した共通インク排出室を有する第３基板と、を有し、各インク圧力室の一端に連通した個別インク供給路の端部は、当該インク圧力室に対して第１の方向に隣接したインク圧力室の一端に連通した個別インク供給路の端部に連通し、且つ当該インク圧力室に対して第２の方向に隣接したインク圧力室の一端に連通した個別インク供給路の端部に連通した同一の共通インク供給室に連通し、各インク圧力室の他端に連通した個別インク排出路の端部は、当該インク圧力室に対して第１の方向に隣接したインク圧力室の他端に連通した個別インク排出路の端部に連通し、且つ当該インク圧力室に対して第２の方向に隣接したインク圧力室の他端に連通した個別インク排出路の端部に連通した同一の共通インク排出室に連通し、共通インク供給室と共通インク排出室は第１の方向に交互に配置する。 The ink jet recording head according to the embodiment has a first surface and a second surface parallel to the first surface, and has a plurality of ink pressure chambers connecting the first surface and the second surface, and a plurality of inks ink pressure chambers, respectively extending in a first direction parallel to the first plane, arranged in a second direction perpendicular to the first direction in parallel to the first surface, arranged in the second direction A row of pressure chambers is stacked on the first surface of the first substrate so as to close the first surface side of the plurality of ink pressure chambers and the first substrate arranged in a plurality of rows in the first direction, and each ink pressure chamber to a nozzle plate having a plurality of nozzles communicating with each being laminated on the second surface of the first substrate so as to close the second surface side of the plurality of ink pressure chambers, a second plurality of ink pressure chambers in each row a plurality of individual ink supply holes respectively communicate with one end arranged in the direction, and a plurality of columns A diaphragm having a plurality of individual ink discharge holes communicating with respective aligned other end in a second direction ink pressure chambers, respectively corresponding to the plurality of ink pressure chambers provided on the back side opposite to the first substrate of the diaphragm are, respectively pressurizable plurality of actuators ink of each ink pressure chamber, is laminated to the back side of the diaphragm has a rear opposite the facing surface and the opposing surface facing the diaphragm, plural pairs facing surfaces And a plurality of individual ink supply paths of a predetermined length in communication with the individual ink supply holes of the diaphragm, the plurality of recesses respectively covering the actuators in a non-contact manner , a second substrate having a plurality of individual ink discharge passage of a predetermined length which communicates with the individual ink discharge hole of the diaphragm to contact the back, is laminated on the back side of the second substrate Common ink supply chamber communicating with the end opposite the respective ink pressure chambers of the plurality of individual ink supply path communicating to one end of the two rows of ink pressure chambers adjacent to the first direction side by side in the second direction , And common to the ends opposite to the ink pressure chambers of the plurality of individual ink discharge paths respectively communicated to the other end of the two rows of ink pressure chambers adjacent to the first direction in line in the second direction A third substrate having an ink discharge chamber, and an end of an individual ink supply passage communicating with one end of each ink pressure chamber is an ink pressure chamber adjacent to the ink pressure chamber in a first direction One end of an individual ink supply path communicating with an end of an individual ink supply path communicating with an end of an ink pressure chamber adjacent to the ink pressure chamber in the second direction. Each ink pressure chamber communicates with the common ink supply chamber The end of the individual ink discharge passage communicating with the other end of the ink chamber communicates with the end of the individual ink discharge passage communicating with the other end of the ink pressure chamber adjacent to the ink pressure chamber in the first direction, communicating with the same common ink ejection chamber communicating with the end portion of the individual ink discharge passage communicating with the other end of the ink pressure chamber adjacent to the second direction with respect to the ink pressure chambers, common to the common ink supply chamber ink The discharge chambers are arranged alternately in the first direction .

図１は、第１の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す部分拡大図である。FIG. 1 is a partially enlarged view showing the main part of the ink jet recording head according to the first embodiment. 図２は、図１のインクジェット式記録ヘッドの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet recording head of FIG. 図３は、図１のインクジェット式記録ヘッドのダイアフラムを封止基板側から見た部分拡大背面図である。FIG. 3 is a partially enlarged rear view of the diaphragm of the ink jet recording head of FIG. 1 as viewed from the sealing substrate side. 図４は、図１のインクジェット式記録ヘッドの駆動基板をノズルプレート側から見た部分拡大平面図である。FIG. 4 is a partially enlarged plan view of the drive substrate of the ink jet recording head of FIG. 1 as viewed from the nozzle plate side. 図５は、図１のインクジェット式記録ヘッドを流路基板の背面側から見た平面図である。FIG. 5 is a plan view of the ink jet recording head of FIG. 1 as viewed from the back side of the flow path substrate. 図６は、インク圧力室の長さとインク滴の体積の関係をシミュレートするためのヘッドのモデルを示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a model of a head for simulating the relationship between the length of the ink pressure chamber and the volume of the ink droplet. 図７は、図６のモデルを用いたシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing simulation results using the model of FIG. 図８は、図１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図９は、図１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図１０は、図１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図１１は、図１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図１２は、図１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図１３は、図１のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the ink jet recording head of FIG. 図１４は、図１のインクジェット式記録ヘッドの変形例を示す部分拡大図である。FIG. 14 is a partial enlarged view showing a modification of the ink jet recording head of FIG. 図１５は、図１４のインクジェット式記録ヘッドの変形例を示す部分拡大背面図である。FIG. 15 is a partially enlarged rear view showing a modification of the ink jet recording head of FIG.

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、第１の方向に配列された複数のインク圧力室を有する第１基板と、第１基板の第１面に積層されたノズルプレートと、第１基板の第２面に積層されたダイアフラムと、各インク圧力室に対向してダイアフラムの背面に設けたアクチュエータと、アクチュエータを非接触状態で覆う凹所を有してダイアフラムの背面に積層された第２基板と、を有する。 An ink jet recording head according to an embodiment includes a first substrate having a plurality of ink pressure chambers arranged in a first direction, a nozzle plate stacked on a first surface of the first substrate, and a first substrate of the first substrate. A diaphragm laminated on two sides, an actuator provided on the back of the diaphragm opposite to each ink pressure chamber, and a second substrate laminated on the back of the diaphragm with a recess covering the actuator in a non-contact manner And.

第１基板は、第１基板を貫通して第１の方向に延設された複数のインク圧力室を有する。ノズルプレートは、各インク圧力室の第１の方向の中央付近、望ましくは中央に各インク圧力室に連通した複数のノズルを有する。ダイアフラムは、各インク圧力室の一端に連通した複数の個別インク供給孔、および各インク圧力室の他端に連通した複数の個別インク排出孔を有する。第２基板は、ダイアフラムの各個別インク供給孔を介して各インク圧力室の一端に連通した複数の個別インク供給路、およびダイアフラムの各個別インク排出孔を介して各インク圧力室の他端に連通した複数の個別インク排出路を有する。 The first substrate has a plurality of ink pressure chambers extending through the first substrate in the first direction. The nozzle plate has a plurality of nozzles in communication with the respective ink pressure chambers near the center, preferably the center, of the respective ink pressure chambers in the first direction. The diaphragm has a plurality of individual ink supply holes communicating with one end of each ink pressure chamber, and a plurality of individual ink discharge holes communicating with the other end of each ink pressure chamber. The second substrate is connected to a plurality of individual ink supply paths communicating with one end of each ink pressure chamber through each individual ink supply hole of the diaphragm, and to the other end of each ink pressure chamber through each individual ink discharge hole of the diaphragm It has a plurality of separate ink discharge paths in communication.

実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、非常に簡単なプロセスにより製造することができ、非常に簡単な構造を有している。各インク圧力室の両端には、個別インク供給路および個別インク排出路を接続している。このため、インク圧力室を長くしなくても、個別インク供給路、インク圧力室、および個別インク排出路をつなげた個別インク流路を長くすることができ、インクの慣性抵抗を利用したインク圧力室内へのインクの閉じ込めが可能となる。つまり、本実施形態によると、ヘッドの構成をコンパクトにすることができ、各インク圧力室の両端にオリフィスなどを設けることなく、インク滴の吐出時における各インク圧力室内の十分な吐出圧力を確保することができる。 The ink jet recording head of the embodiment can be manufactured by a very simple process, and has a very simple structure. An individual ink supply path and an individual ink discharge path are connected to both ends of each ink pressure chamber. Therefore, the individual ink flow path connecting the individual ink supply path, the ink pressure chamber, and the individual ink discharge path can be lengthened without lengthening the ink pressure chamber, and the ink pressure using the inertial resistance of the ink It is possible to lock the ink in the room. That is, according to the present embodiment, the configuration of the head can be made compact, and a sufficient discharge pressure in each ink pressure chamber at the time of ink droplet discharge can be secured without providing an orifice or the like at both ends of each ink pressure chamber. can do.

インクの慣性抵抗を利用して各インク圧力室内にインクを閉じ込めるためには、ノズルをインク圧力室の第１の方向の中央に設けた場合、当該ノズルからインク圧力室の端部までと個別インク供給路を足した流路の長さ、およびノズルからインク圧力室の反対側の端部までと個別インク排出路を足した流路の長さを、少なくとも２５０μｍ、望ましくは５００μｍ以上にするとよい。 In order to confine the ink in each ink pressure chamber using the inertial resistance of the ink, when the nozzle is provided at the center of the ink pressure chamber in the first direction, the ink from the nozzle to the end of the ink pressure chamber The length of the flow path including the supply path and the length of the flow path from the nozzle to the opposite end of the ink pressure chamber plus the individual ink discharge path may be at least 250 μm, preferably 500 μm or more.

また、実施形態によると、個別インク供給路、インク圧力室、および個別インク排出路をつなげた個別インク流路にインクを循環させて、ノズル付近で不所望に発生した気泡をインク圧力室から排出させる。このとき、個別インク流路におけるインクの流路抵抗をできるだけ小さくすることが望ましく、個別インク供給路の流路断面積および個別インク排出路の流路断面積をインク圧力室の流路断面積と同等もしくはそれ以上にすることが望ましい。 Further, according to the embodiment, the ink is circulated in the individual ink flow path connecting the individual ink supply path, the ink pressure chamber, and the individual ink discharge path, and the air bubbles generated in the vicinity of the nozzles are discharged from the ink pressure chamber. Let At this time, it is desirable to reduce the flow passage resistance of the ink in the individual ink flow passage as much as possible, and the flow passage sectional area of the individual ink supply passage and the flow passage sectional area of the individual ink discharge passage It is desirable to make it equal or more.

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド１００（以下、単に、ヘッド１００と称する）の要部を示す部分拡大図であり、図２は、図１のヘッド１００の断面を示す図である。図１では、構造を見易くするため、圧電素子４０の配線構造および保護膜７０の図示を省略してあり、図２では、圧電素子４０の配線構造の図示を省略してある。また、図３は、図１のヘッド１００のダイアフラム３０を封止基板５０側から見た部分的な背面図であり、図４は、図１のヘッド１００の駆動基板１０をノズルプレート２０側から見た部分的な平面図である。図４では、各インク圧力室１１に対するノズル２１の位置を示すため、ここでは図示しないノズルプレート２０のノズル２１を破線で示してある。さらに、図５は、ヘッド１００を流路基板６０の背面６０ｂ側から見た平面図である。 First Embodiment
FIG. 1 is a partially enlarged view showing the main part of an ink jet recording head 100 (hereinafter simply referred to as a head 100) according to the first embodiment, and FIG. 2 shows a cross section of the head 100 of FIG. FIG. In FIG. 1, the wiring structure of the piezoelectric element 40 and the protective film 70 are omitted to make the structure easy to see, and in FIG. 2, the wiring structure of the piezoelectric element 40 is omitted. 3 is a partial rear view of the diaphragm 30 of the head 100 of FIG. 1 as viewed from the sealing substrate 50 side, and FIG. 4 is a side view of the driving substrate 10 of the head 100 of FIG. It is the partial top view seen. In FIG. 4, the nozzles 21 of the nozzle plate 20 (not shown) are shown by broken lines in order to show the positions of the nozzles 21 with respect to the respective ink pressure chambers 11. Further, FIG. 5 is a plan view of the head 100 as viewed from the back surface 60 b side of the flow path substrate 60.

本実施形態のヘッド１００は、圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドである。ヘッド１００は、例えばＳｉにより形成した駆動基板１０（第１基板）、例えばＳｉにより形成したノズルプレート２０、例えばＳｉ酸化膜により形成したダイアフラム３０、ダイアフラム３０の背面３０ａに設けた複数の圧電素子４０（アクチュエータ）、例えばＳｉにより形成した封止基板５０（第２基板）、および例えばポリイミドにより形成した流路基板６０（第３基板）を有する。複数の圧電素子４０を備えたダイアフラム３０の駆動基板１０から離間した側の背面３０ａ上には保護膜７０（図２）が設けられている。 The head 100 according to the present embodiment is a piezoelectric MEMS inkjet recording head. The head 100 has a drive substrate 10 (first substrate) made of, for example, Si, a nozzle plate 20 made of, for example, Si, a diaphragm 30 made of, for example, a Si oxide film, and a plurality of piezoelectric elements 40 provided on the back surface 30 a of the diaphragm 30. (Actuator) A sealing substrate 50 (second substrate) formed of, for example, Si, and a flow path substrate 60 (third substrate) formed of, for example, polyimide. A protective film 70 (FIG. 2) is provided on the back surface 30 a of the diaphragm 30 provided with a plurality of piezoelectric elements 40 and spaced from the drive substrate 10.

駆動基板１０は、その第１面１０ａ（図２における図示下面）と第２面１０ｂ（図２における図示上面）を連絡して駆動基板１０を貫通した複数の細長いインク圧力室１１を有する。複数のインク圧力室１１は、駆動基板１０の第１面１０ａおよび第２面１０ｂと平行な第１の方向（以下、長手方向とする場合もある）にそれぞれ延設された長孔であり、この第１の方向と直交し且つ第１面１０ａおよび第２面１０ｂと平行な第２の方向（以下、並び方向とする場合もある）に一定のピッチで並べて設けられている。 The drive substrate 10 has a plurality of elongated ink pressure chambers 11 penetrating the drive substrate 10 by connecting the first surface 10a (the lower surface in FIG. 2) and the second surface 10b (the upper surface in FIG. 2). The plurality of ink pressure chambers 11 are long holes respectively extended in a first direction parallel to the first surface 10 a and the second surface 10 b of the drive substrate 10 (hereinafter sometimes referred to as a longitudinal direction), They are arranged side by side at a constant pitch in a second direction (hereinafter sometimes referred to as an alignment direction) orthogonal to the first direction and parallel to the first surface 10a and the second surface 10b.

インク圧力室１１は、それぞれ、ダイアフラム３０の背面３０ａに設けた圧電素子４０に一対一で対向して設けられている。複数の圧電素子４０は、図３および図５に示すように、第１の方向に延びた略長円形の外観を有し、複数列（図３では２列のみ図示）に並べて形成されている。各圧電素子４０の配線のため、隣接する２列の圧電素子４０は、並び方向に１／２ピッチずつ交互にずれてレイアウトされている。このため、駆動基板１０に設けた複数のインク圧力室１１も、図４に示すように、隣接する２列の間で並び方向に１／２ピッチずつ互いにずれて配置されている。 The ink pressure chambers 11 are provided so as to face the piezoelectric elements 40 provided on the back surface 30 a of the diaphragm 30 one by one. As shown in FIGS. 3 and 5, the plurality of piezoelectric elements 40 have the appearance of a substantially oval extending in the first direction, and are formed side by side in a plurality of rows (only two rows are shown in FIG. 3) . Because of the wiring of each piezoelectric element 40, adjacent two rows of piezoelectric elements 40 are laid out alternately by 1/2 pitch in the arranging direction. For this reason, as shown in FIG. 4, the plurality of ink pressure chambers 11 provided in the drive substrate 10 are also arranged offset from each other by 1⁄2 pitch in the alignment direction between adjacent two lines.

各列のインク圧力室１１は、それぞれ長手方向の両端が並び方向に揃っている。各インク圧力室１１の長手方向に沿った長さは、２００μｍ〜６００μｍ程度であり、各インク圧力室１１の並び方向に沿った幅は５０〜１５０μｍ程度であり、並び方向のピッチは、６０〜２００μｍ程度である。本実施形態では、インク圧力室１１の断面形状を、圧電素子４０より大きい略長円形にした。 Both ends of the ink pressure chambers 11 in each row are aligned in the longitudinal direction. The length along the longitudinal direction of each ink pressure chamber 11 is about 200 μm to 600 μm, the width along the alignment direction of each ink pressure chamber 11 is about 50 to 150 μm, and the pitch in the alignment direction is 60 to It is about 200 μm. In the present embodiment, the cross-sectional shape of the ink pressure chamber 11 is a substantially oval larger than the piezoelectric element 40.

駆動基板１０は、例えば３０〜５００μｍの厚みを有し、望ましくは５０〜２００μｍの厚みを有する。駆動基板１０の厚みは、並び方向に隣接するインク圧力室１１間の隔壁に十分な剛性を持たせることができ、インク圧力室１１の配列密度をできるだけ高くすることができる厚みであり、且つ各インク圧力室１１の容積を適切な値にすることができる厚みに設計される。駆動基板１０の厚みは、各インク圧力室１１の深さに相当する。 The drive substrate 10 has a thickness of, for example, 30 to 500 μm, and preferably, 50 to 200 μm. The thickness of the drive substrate 10 is such that the partitions between the ink pressure chambers 11 adjacent in the row direction can have sufficient rigidity, and the arrangement density of the ink pressure chambers 11 can be made as high as possible, and The thickness of the ink pressure chamber 11 is designed to be a suitable value. The thickness of the drive substrate 10 corresponds to the depth of each ink pressure chamber 11.

ノズルプレート２０は、接着剤１５を介して駆動基板１０の第１面１０ａに接触し、各インク圧力室１１の第１面１０ａ側の開口部を塞ぐように、駆動基板１０の第１面１０ａに接着固定される。ノズルプレート２０は、各インク圧力室１１に連通した複数のノズル２１を有する。ノズル２１は、各インク圧力室１１の長手方向に沿った中央付近、より望ましくは中央に設けられる。 The nozzle plate 20 is in contact with the first surface 10 a of the drive substrate 10 via the adhesive 15, and closes the opening on the first surface 10 a side of each ink pressure chamber 11, the first surface 10 a of the drive substrate 10. Adhesively fixed to The nozzle plate 20 has a plurality of nozzles 21 in communication with the ink pressure chambers 11. The nozzles 21 are provided near the center along the longitudinal direction of each ink pressure chamber 11, more preferably at the center.

各インク圧力室１１に対応して設けた複数のノズル２１は、ノズルプレート２０を貫通して延びている。このため、ノズル２１の長さは、ノズルプレート２０の厚みに相当する。各インク圧力室１１は、ノズル２１を介してヘッド１００の外部に連絡している。各ノズル２１から対応するインク圧力室１１の長手方向の両端までの距離は、それぞれ１００μｍ〜３００μｍ程度に設計されている。 A plurality of nozzles 21 provided corresponding to each ink pressure chamber 11 extend through the nozzle plate 20. Thus, the length of the nozzle 21 corresponds to the thickness of the nozzle plate 20. Each ink pressure chamber 11 communicates with the outside of the head 100 through the nozzle 21. The distance from each nozzle 21 to each corresponding longitudinal end of the ink pressure chamber 11 is designed to be about 100 μm to 300 μm.

ノズルプレート２０は、例えば、厚さ１０〜１００μｍ程度のＳｉにより形成される。 The nozzle plate 20 is formed of, for example, Si having a thickness of about 10 to 100 μm.

ダイアフラム３０は、駆動基板１０の第２面１０ｂに接触して、各インク圧力室１１の第２面１０ｂ側の開口部を塞ぐように設けられている。ダイアフラム３０は、各インク圧力室１１の長手方向の一端に対向した複数の個別インク供給孔３２、および各インク圧力室１１の長手方向の他端に対向した複数の個別インク排出孔３４を有する。複数の個別インク供給孔３２および複数の個別インク排出孔３４は、ダイアフラム３０を貫通して設けられている。 The diaphragm 30 is provided in contact with the second surface 10 b of the drive substrate 10 so as to close the opening on the second surface 10 b of each ink pressure chamber 11. The diaphragm 30 has a plurality of individual ink supply holes 32 opposed to one end in the longitudinal direction of each ink pressure chamber 11, and a plurality of individual ink discharge holes 34 opposed to the other end in the longitudinal direction of each ink pressure chamber 11. A plurality of individual ink supply holes 32 and a plurality of individual ink discharge holes 34 are provided through the diaphragm 30.

ダイアフラム３０は、例えば、熱酸化ないしはＣＶＤ法により作成した、厚さ１〜５μｍ程度のＳｉ酸化膜（ＳｉＯ_２）で形成される。Ｓｉ酸化膜は、均等な変形が実現できるという観点から、非晶質であることが望ましい。また、安定した組成および特性を備える膜の製造が容易という観点からも、ダイアフラム３０をＳｉ酸化膜により形成することが望ましい。さらに、従来の半導体プロセスとの整合性が良いという点からも、ダイアフラム３０をＳｉ酸化膜により形成することが望ましい。 The diaphragm 30 is formed of, for example, a Si oxide film (SiO ₂ ) having a thickness of about 1 to 5 μm, which is formed by thermal oxidation or CVD. The Si oxide film is preferably amorphous from the viewpoint of achieving uniform deformation. Further, it is desirable to form the diaphragm 30 by a Si oxide film also from the viewpoint of easy production of a film having stable composition and characteristics. Furthermore, it is desirable to form the diaphragm 30 by a Si oxide film also from the point that the consistency with the conventional semiconductor process is good.

複数の圧電素子４０は、駆動基板１０の複数のインク圧力室１１にそれぞれ対向するように、ダイアフラム３０の背面３０ａに積層されて形成されている。各圧電素子４０は、図２に示すように、ダイアフラム３０の背面３０ａに重ねた下部電極４２、下部電極４２に重ねた圧電膜４４、および圧電膜４４に重ねた上部電極４６を有する。各圧電素子４０の第１の方向に沿った長さは、上述したインク圧力室１１の第１の方向に沿った長さより短く、ダイアフラム３０の個別インク供給孔３２および個別インク排出孔３４に重ならない長さに設定されている。各圧電素子４０の並び方向に沿った幅は、上述したインク圧力室１１の並び方向に沿った幅より狭い。 The plurality of piezoelectric elements 40 are stacked on the back surface 30 a of the diaphragm 30 so as to face the plurality of ink pressure chambers 11 of the drive substrate 10. As shown in FIG. 2, each piezoelectric element 40 has a lower electrode 42 stacked on the back surface 30 a of the diaphragm 30, a piezoelectric film 44 stacked on the lower electrode 42, and an upper electrode 46 stacked on the piezoelectric film 44. The length along the first direction of each piezoelectric element 40 is shorter than the length along the first direction of the ink pressure chamber 11 described above, and the individual ink supply holes 32 and the individual ink discharge holes 34 of the diaphragm 30 overlap. The length is set to The width along the alignment direction of the piezoelectric elements 40 is narrower than the width along the alignment direction of the ink pressure chambers 11 described above.

各圧電素子４０の下部電極４２の一部は、ダイアフラム３０の背面３０ａに沿って第１の方向に延伸され、個別駆動配線４３（図３）として機能する。圧電素子４０の表面を含むダイアフラム３０の背面３０ａ上には、保護膜７０が設けられている。上部電極４６と接する保護膜７０の一部には図示しないビアホールが形成され、ビアホールを介して上部電極４６から引出し配線４７が引き出されている。各圧電素子４０の個別駆動配線４３および引出し配線４７は、図３に示すように、ダイアフラム３０の個別インク供給孔３２および個別インク排出孔３４を避けてレイアウトされている。 A portion of the lower electrode 42 of each piezoelectric element 40 extends in the first direction along the back surface 30 a of the diaphragm 30 and functions as an individual drive wiring 43 (FIG. 3). A protective film 70 is provided on the back surface 30 a of the diaphragm 30 including the surface of the piezoelectric element 40. A via hole (not shown) is formed in a part of the protective film 70 in contact with the upper electrode 46, and a lead wire 47 is drawn from the upper electrode 46 through the via hole. The individual drive wiring 43 and the lead-out wiring 47 of each piezoelectric element 40 are laid out so as to avoid the individual ink supply holes 32 and the individual ink discharge holes 34 of the diaphragm 30, as shown in FIG.

各圧電素子４０の圧電膜４４には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３、ＰＺＴ）などの電歪定数の大きな圧電材料が適している。圧電膜４４にＰＺＴを使用した場合、下部電極４２や上部電極４６には、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒなどの貴金属や、ＳｒＲｕＯ_３などの導電性の酸化物が適している。また、圧電膜４４として、ＡｌＮやＺｒＯ_２などのシリコンプロセスに適した圧電材料を使用することも可能である。この場合は、下部電極４２や上部電極４６として、Ａｌ、Ｃｕなどの一般の電極材料や配線材料を使用することができる。 As the piezoelectric film 44 of each piezoelectric element 40, a piezoelectric material having a large electrostriction constant such as lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O ₃ , PZT) is suitable. When PZT is used for the piezoelectric film 44, noble metals such as Pt, Au, and Ir, and conductive oxides such as SrRuO ₃ are suitable for the lower electrode 42 and the upper electrode 46. Moreover, as the piezoelectric film 44, it is also possible to use a piezoelectric material suitable for silicon processes, such as AlN and ZrO _2. In this case, a common electrode material such as Al or Cu or a wiring material can be used as the lower electrode 42 or the upper electrode 46.

封止基板５０は、複数の圧電素子４０に対して非接触状態で、ダイアフラム３０の背面３０ａ側に積層されている。封止基板５０は、接着剤４５を介して、ダイアフラム３０の背面３０ａに接着固定されている。封止基板５０は、図５に示すように、各圧電素子４０から引き出された個別駆動配線４３の端部につながる接続端子パッド４８を覆わない幅を有する。 The sealing substrate 50 is stacked on the back surface 30 a side of the diaphragm 30 in a non-contact state with the plurality of piezoelectric elements 40. The sealing substrate 50 is adhesively fixed to the back surface 30 a of the diaphragm 30 via the adhesive 45. As shown in FIG. 5, the sealing substrate 50 has a width not covering the connection terminal pad 48 connected to the end of the individual drive wiring 43 drawn from each piezoelectric element 40.

封止基板５０は、ダイアフラム３０の背面３０ａに対向する対向面５０ａを有し、この対向面５０ａ側に複数の圧電素子４０を非接触状態で密閉する凹所５１を有する。凹所５１は、例えば、各圧電素子４０に対応して複数設けてもよく、各列の複数の圧電素子４０をまとめて覆う凹所５１としてもよい。 The sealing substrate 50 has an opposing surface 50a that faces the back surface 30a of the diaphragm 30, and has a recess 51 that seals the plurality of piezoelectric elements 40 in a non-contact manner on the opposing surface 50a side. For example, a plurality of recesses 51 may be provided corresponding to each piezoelectric element 40, or may be a recess 51 which collectively covers the plurality of piezoelectric elements 40 in each row.

封止基板５０は、その対向面５０ａと対向面５０ａから離間した反対側の背面５０ｂとを連絡して封止基板５０を貫通した複数の個別インク供給路５２および複数の個別インク排出路５４を有する。複数の個別インク供給路５２および複数の個別インク排出路５４は、それぞれ、駆動基板１０の複数のインク圧力室１１の両端に一対一で設けられており、既知の方法によって予め封止基板５０に形成されている。 The sealing substrate 50 has a plurality of individual ink supply paths 52 and a plurality of individual ink discharge paths 54 penetrating the sealing substrate 50 by connecting the opposing surface 50a and the opposite back surface 50b separated from the opposing surface 50a. Have. The plurality of individual ink supply paths 52 and the plurality of individual ink discharge paths 54 are provided one by one at both ends of the plurality of ink pressure chambers 11 of the drive substrate 10, and It is formed.

各個別インク供給路５２の対向面５０ａ側の開口部は、ダイアフラム３０の個別インク供給孔３２に重なって連通している。また、各個別インク排出路５４の対向面５０ａ側の開口部は、ダイアフラム３０の個別インク排出孔３４に重なって連通している。そして、個別インク供給路５２および個別インク排出路５４は、インク圧力室１１の長手方向と略直交する方向、すなわち封止基板５０の厚み方向に延設されている。つまり、個別インク供給路５２および個別インク排出路５４の長さは、それぞれ、封止基板５０の厚みに相当する。 The opening on the opposing surface 50 a side of each individual ink supply path 52 overlaps and communicates with the individual ink supply holes 32 of the diaphragm 30. Further, the opening on the opposing surface 50 a side of each individual ink discharge path 54 is overlapped with and communicated with the individual ink discharge holes 34 of the diaphragm 30. The individual ink supply path 52 and the individual ink discharge path 54 extend in the direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the ink pressure chamber 11, that is, in the thickness direction of the sealing substrate 50. That is, the lengths of the individual ink supply path 52 and the individual ink discharge path 54 correspond to the thickness of the sealing substrate 50, respectively.

流路基板６０は、封止基板５０の背面５０ｂに接着剤５５を介して貼り合わされている。流路基板６０は、その封止基板５０側の対向面６０ａに複数（図５の例では２つ）の共通インク供給室６２および複数（図５の例では３つ）の共通インク排出室６４を有する。複数の共通インク供給室６２および複数の共通インク排出室６４は、複数のインク圧力室１１の並び方向に延設され、各インク圧力室１１の長手方向に沿って交互に並べて設けられている。 The flow path substrate 60 is bonded to the back surface 50 b of the sealing substrate 50 via an adhesive 55. The flow path substrate 60 has a plurality of (two in the example of FIG. 5) common ink supply chambers 62 and a plurality of (three in the example of FIG. 5) common ink discharge chambers 64 on the opposing surface 60a on the sealing substrate 50 side. Have. The plurality of common ink supply chambers 62 and the plurality of common ink discharge chambers 64 extend in the direction in which the plurality of ink pressure chambers 11 are arranged, and are alternately arranged along the longitudinal direction of each ink pressure chamber 11.

共通インク供給室６２および共通インク排出室６４は、既知の方法によって予め流路基板６０の対向面６０ａに有底の溝として形成されている。共通インク供給室６２および共通インク排出室６４の長手方向の両端は閉じており、互いに独立した空間を形成している。各共通インク供給室６２の底には、流路基板６０の背面６０ｂに連絡した複数のインク供給口６６が設けられている。各共通インク排出室６４の底には、流路基板６０の背面６０ｂに連絡した複数のインク排出口６８が設けられている。 The common ink supply chamber 62 and the common ink discharge chamber 64 are formed in advance as grooves having a bottom on the facing surface 60 a of the flow path substrate 60 by a known method. Both ends of the common ink supply chamber 62 and the common ink discharge chamber 64 in the longitudinal direction are closed to form mutually independent spaces. The bottom of each common ink supply chamber 62 is provided with a plurality of ink supply ports 66 in communication with the back surface 60 b of the flow path substrate 60. At the bottom of each common ink discharge chamber 64, a plurality of ink discharge ports 68 in communication with the back surface 60b of the flow path substrate 60 are provided.

図５に例示したヘッド１００は、４列の圧電素子４０（すなわち４列のインク圧力室１１）を有する。例えば、図示下端の列に並んだ複数のインク圧力室１１の一端（図示上端）には封止基板５０に設けた個別インク供給路５２がそれぞれ接続されており、流路基板６０の図示下方の共通インク供給室６２に連通している。一方、この列の複数のインク圧力室１１の他端（図示下端）には封止基板５０に設けた個別インク排出路５４がそれぞれ接続されており、流路基板６０の図示最下端にある共通インク排出室６４に連通している。 The head 100 illustrated in FIG. 5 has four rows of piezoelectric elements 40 (ie, four rows of ink pressure chambers 11). For example, individual ink supply paths 52 provided on the sealing substrate 50 are respectively connected to one end (upper end) of the plurality of ink pressure chambers 11 arranged in a row at the lower end in the drawing. It is in communication with the common ink supply chamber 62. On the other hand, the other end of the plurality of ink pressure chambers 11 of the column (bottom end) is the individual ink discharge path 54 provided on the sealing substrate 50 are connected respectively, common in the illustrated lowermost end of the flow path substrate 60 It communicates with the ink discharge chamber 64 .

また、図示下から２列目の複数のインク圧力室１１の一端（図示上端）には封止基板５０に設けた個別インク供給路５２がそれぞれ接続されており、流路基板６０のもう一つの上方の共通インク供給室６２に連通している。一方、この列の複数のインク圧力室１１の他端（図示下端）には封止基板５０に設けた個別インク排出路５４がそれぞれ接続されており、１列目の複数のインク圧力室１１にインクを供給するのと同じ下方の共通インク供給室６２に連通している。 Further, individual ink supply paths 52 provided on the sealing substrate 50 are respectively connected to one end (upper end in the drawing) of the plurality of ink pressure chambers 11 in the second row from the bottom of the drawing. It is in communication with the upper common ink supply chamber 62. On the other hand, individual ink discharge paths 54 provided on the sealing substrate 50 are respectively connected to the other ends (lower ends in the figure) of the plurality of ink pressure chambers 11 in this row, and the plurality of ink pressure chambers 11 in the first row are connected. It is in communication with the lower common ink supply chamber 62 which supplies the ink.

上記のように、隣接する列の各インク圧力室１１を流れるインクの向きを交互に反転させることで、両者の間の共通インク供給室６２（或いは共通インク排出室６４）を共用にしている。 As described above, by alternately reversing the direction of the ink flowing through the ink pressure chambers 11 in adjacent rows, the common ink supply chamber 62 (or the common ink discharge chamber 64) between the two is shared.

以下、上述したヘッド１００の動作について説明する。
まず、図示しない外部のインク供給ポンプからヘッド１００にインクが供給される。インクは、流路基板６０の背面６０ｂに設けた複数のインク供給口６６を介して２つの共通インク供給室６２へそれぞれ流入する。各共通インク供給室６２へ流入したインクは、封止基板５０の複数の個別インク供給路５２およびダイアフラム３０の複数の個別インク供給孔３２を介して各列の複数のインク圧力室１１へ流れ込む。 Hereinafter, the operation of the above-described head 100 will be described.
First, the ink is supplied to the head 100 from an external ink supply pump (not shown). The ink flows into the two common ink supply chambers 62 through the plurality of ink supply ports 66 provided on the back surface 60 b of the flow path substrate 60. The ink having flowed into each common ink supply chamber 62 flows into the plurality of ink pressure chambers 11 of each row via the plurality of individual ink supply paths 52 of the sealing substrate 50 and the plurality of individual ink supply holes 32 of the diaphragm 30.

各インク圧力室１１へ流れ込んだインクは、流路基板６０の背面６０ｂに設けた複数のインク排出口６８に接続した図示しない外部のインク排出ポンプにより排出される。このとき、複数のインク圧力室１１内のインクは、その他端に設けたダイアフラム３０の複数の個別インク排出孔３４および封止基板５０の複数の個別インク排出路５４を介して流路基板６の共通インク排出室６４へ流出され、複数のインク排出口６８を介してヘッド１００の外へ排出される。 The ink flowing into each ink pressure chamber 11 is discharged by an external ink discharge pump (not shown) connected to a plurality of ink discharge ports 68 provided on the back surface 60 b of the flow path substrate 60. At this time, the ink in the plurality of ink pressure chambers 11 passes through the plurality of individual ink discharge holes 34 of the diaphragm 30 and the plurality of individual ink discharge paths 54 of the sealing substrate 50 provided at the other end. It flows out to the common ink discharge chamber 64 and is discharged to the outside of the head 100 through the plurality of ink discharge ports 68.

以上のように、複数のインク圧力室１１内をインクが循環する。このとき、各インク圧力室１１内に発生した気泡等も速やかにインク圧力室１１外に排出される。本実施形態では、インク圧力室１１、個別インク供給路５２、および個別インク排出路５４を１本につなげた個別インク流路がその全長にわたって比較的大きな断面積を有する。つまり、本実施形態では、個別インク流路の途中にオリフィスを設けていない。 As described above, the ink circulates in the plurality of ink pressure chambers 11. At this time, air bubbles and the like generated in the ink pressure chambers 11 are also promptly discharged out of the ink pressure chambers 11. In the present embodiment, the ink pressure chamber 11, the individual ink supply path 52, and the individual ink flow path connecting the individual ink discharge paths 54 into one have a relatively large cross-sectional area over the entire length. That is, in the present embodiment, no orifice is provided in the middle of the individual ink flow path.

このため、本実施形態のヘッド１００は、個別インク流路５２、１１、５４を流れるインクの流路抵抗が小さく、インクの粘性抵抗が小さく、インク圧力室１１を流れるインクの抵抗を少なくすることができ、インクをスムーズに循環させることができる。具体的には、本実施形態の個別インク流路５２、１１、５４は、その全長にわたって５０００μｍ^２〜３００００μｍ^２程度の断面積を有する。 Therefore, in the head 100 of this embodiment, the flow resistance of the ink flowing through the individual ink flow paths 52, 11, 54 is small, the viscosity resistance of the ink is small, and the resistance of the ink flowing through the ink pressure chamber 11 is reduced. Can circulate the ink smoothly. Specifically, the individual ink channels 52,11,54 of the present embodiment has a cross-sectional area of about 5000μm ^² ~30000μm ² over its entire length.

上述したように各インク圧力室１１内にインクを循環させた状態で、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、各圧電素子４０の下部電極４２と上部電極４６の間に駆動電圧を選択的に印加する。これにより、駆動電圧を印加した圧電素子４０の圧電膜４４が収縮して圧電素子４０が凹状に屈曲変形し、対応するインク圧力室１１の体積が増大し、インク圧力室１１に個別インク供給路５２を介してインクが流入する。次に、駆動電圧を除去すると、当該圧電素子４０の屈曲変形が元に戻り、インク圧力室１１の体積が減少し、インク圧力室１１内の圧力が上がり、ノズル２１を介してインク滴が吐出する。 As described above, in a state where the ink is circulated in each ink pressure chamber 11, a drive voltage is selected between the lower electrode 42 and the upper electrode 46 of each piezoelectric element 40 according to a recording signal from an external drive circuit not shown. Apply. As a result, the piezoelectric film 44 of the piezoelectric element 40 to which the drive voltage is applied is contracted, and the piezoelectric element 40 is bent and deformed in a concave shape, and the volume of the corresponding ink pressure chamber 11 is increased. Ink flows in through 52. Next, when the drive voltage is removed, the bending deformation of the piezoelectric element 40 returns to the original state, the volume of the ink pressure chamber 11 decreases, the pressure in the ink pressure chamber 11 increases, and the ink droplet is discharged through the nozzle 21 Do.

インク滴を十分な吐出圧力で良好に吐出させるためには、インク滴吐出時にインク圧力室１１内のインクの圧力を保持する必要がある。このため、本実施形態では、各インク圧力室１１を個別に流れるインクの流路（個別インク供給路５２、インク圧力室１１、個別インク排出路５４）を十分に長くして、ノズル２１から共通インク供給室６２までの距離、およびノズル２１から共通インク排出室６４までの距離を十分に長くした。これにより、各インク圧力室１１を満たすインクの慣性質量による慣性抵抗を生じせしめて、インク圧力室１１から共通インク供給室６２や共通インク排出室６４へ圧力が逃げることを抑制するようにした。 In order to discharge ink droplets satisfactorily with a sufficient discharge pressure, it is necessary to maintain the pressure of the ink in the ink pressure chamber 11 at the time of ink droplet discharge. For this reason, in the present embodiment, the ink flow paths (individual ink supply path 52, ink pressure chamber 11, and individual ink discharge path 54) individually flowing in each ink pressure chamber 11 are made sufficiently long and common from the nozzles 21 The distance to the ink supply chamber 62 and the distance from the nozzle 21 to the common ink discharge chamber 64 were sufficiently long. As a result, inertial resistance is generated due to the inertial mass of the ink that fills each ink pressure chamber 11, and pressure escape from the ink pressure chamber 11 to the common ink supply chamber 62 and the common ink discharge chamber 64 is suppressed.

言い換えると、本実施形態のヘッド１００は、各圧電素子４０を屈曲変形させてインク滴を吐出させるのに十分な吐出圧力を得ることができる程度にインク圧力室１１、個別インク供給路５２、および個別インク排出路５４の長さを確保している。具体的には、インク滴吐出時におけるインクの圧力変化に基づく振動の波（以下、圧力波と称する）が共通インク供給室６２および共通インク排出室６４の手前で十分に減衰し、共通インク供給室６２や共通インク排出室６４にほとんど振動が伝わらない程度に、インク圧力室１１、個別インク供給路５２、および個別インク排出路５４の長さを設定している。 In other words, in the head 100 of the present embodiment, the ink pressure chambers 11, the individual ink supply paths 52, and the ink supply chambers 52 can be obtained to the extent that the ejection pressure sufficient to eject the ink droplets can be obtained by bending the piezoelectric elements 40. The length of the individual ink discharge path 54 is secured. Specifically, a wave of vibration (hereinafter referred to as a pressure wave) based on a change in pressure of the ink at the time of ink droplet ejection is sufficiently attenuated in front of the common ink supply chamber 62 and the common ink discharge chamber 64 to supply the common ink. The lengths of the ink pressure chamber 11, the individual ink supply passage 52, and the individual ink discharge passage 54 are set to such an extent that vibration is hardly transmitted to the chamber 62 and the common ink discharge chamber 64.

これにより、インク滴を十分な吐出圧力で吐出させることができるとともに、共通インク供給室６２や共通インク排出室６４を介して並び方向に隣接した他のインク圧力室１１へ圧力波が伝わる不具合も防止することができ、隣接するインク圧力室１１におけるインク滴の吐出動作に悪影響を及ぼすこともない。 As a result, ink droplets can be ejected with a sufficient ejection pressure, and the pressure wave is also transmitted to the other ink pressure chambers 11 adjacent in the row direction via the common ink supply chamber 62 and the common ink discharge chamber 64. It is possible to prevent the ink droplet ejection operation in the adjacent ink pressure chamber 11 from being adversely affected.

インク滴の吐出によって発生する上述した圧力波を十分に減衰させることのできる最適な個別インク流路５２、１１、５４の長さを調べるため、図６に示すタイプのヘッド（個別インク供給路５２および個別インク排出路５４を持たないヘッド）を用いて、インク圧力室１１の長さを種々変更した場合における、ノズル２１から吐出されるインク滴の体積変化をコンピュータ上で再現した。そのシミュレーション結果を図７に示す。 In order to determine the optimum length of the individual ink flow paths 52, 11, 54 capable of sufficiently attenuating the above-mentioned pressure wave generated by the discharge of ink droplets, a head of the type shown in FIG. The volume change of the ink droplet ejected from the nozzle 21 when the length of the ink pressure chamber 11 is variously changed using the head having no individual ink discharge path 54 is reproduced on the computer. The simulation result is shown in FIG.

これによると、ノズル２１を中心としたインク圧力室１１（両端は開放）の長さが１ｍｍを超えた場合に、インク滴の体積が理想の体積（インク圧力室１１の両端を塞いで圧力を完全に閉じ込めた状態でのインク滴の体積）の約８割に達することがわかった。この場合、インク圧力室１１の幅や深さ、すなわちインク圧力室１１の断面積は、インク滴の体積にほとんど影響を及ぼさないこともわかっている。つまり、この場合、インク圧力室１１の長さをノズル２１の両側でそれぞれ５００μｍ以上にすることで、インク圧力室１１の両端で圧力波を十分に減衰させることができ、十分なサイズのインク滴を安定して吐出させることができることがわかる。 According to this, when the length of the ink pressure chamber 11 (open at both ends) centering on the nozzle 21 exceeds 1 mm, the volume of the ink droplet is an ideal volume (blocks both ends of the ink pressure chamber 11 to make the pressure It has been found that it reaches about 80% of the volume of the ink drop in the completely confined state. In this case, it is also known that the width and depth of the ink pressure chamber 11, that is, the cross-sectional area of the ink pressure chamber 11 hardly affects the volume of the ink droplet. That is, in this case, by setting the length of the ink pressure chamber 11 to 500 μm or more on both sides of the nozzle 21, pressure waves can be sufficiently attenuated at both ends of the ink pressure chamber 11, and ink droplets of sufficient size Can be stably discharged.

また、図７のシミュレーション結果から、インク圧力室１１の長さが０．５ｍｍを超えた場合に、インク滴の体積が理想の体積の約５割に達していることがわかる。本実施形態のヘッド１００は、各インク圧力室１１の両端に、十分な流路断面積を有する個別インク供給路５２および個別インク排出路５４を接続しているため、インク圧力室１１の長さをノズル２１の両側で少なくとも２５０μｍ以上にすれば、インク滴の体積を所望する程度に十分に大きくすることが可能である。 Further, it can be seen from the simulation result of FIG. 7 that when the length of the ink pressure chamber 11 exceeds 0.5 mm, the volume of the ink droplet reaches about 50% of the ideal volume. In the head 100 of this embodiment, since the individual ink supply path 52 and the individual ink discharge path 54 having a sufficient flow path cross-sectional area are connected to both ends of each ink pressure chamber 11, the length of the ink pressure chamber 11 is Of at least 250 .mu.m on both sides of the nozzle 21, the volume of the ink droplet can be made sufficiently large as desired.

反面、インク圧力室１１だけを長くすると、ヘッド１００の第１の方向に沿ったサイズアップにつながるため、インク圧力室１１はできるだけ短い方が望ましい。この点から考察すると、図７のシミュレーション結果では、インク圧力室１１の長さが２５００μｍに近付くとインク滴のサイズが飽和し、理想の体積の９５％を超えるため、インク圧力室１１の長さは、２５００μｍ以下とすることが望ましい。 On the other hand, it is desirable that the ink pressure chamber 11 be as short as possible, since if the ink pressure chamber 11 alone is elongated, it leads to the size increase of the head 100 along the first direction. From this point of view, in the simulation result of FIG. 7, when the length of the ink pressure chamber 11 approaches 2500 μm, the size of the ink droplet saturates and exceeds 95% of the ideal volume. Is preferably 2500 μm or less.

しかし、インク圧力室１１を図６に示すように単に真っ直ぐ延ばすと、ヘッド１００の面方向のサイズが大きくなり、ノズル２１を高密度に配置できなくなり、設計の自由度が低くなるとともに、駆動効率も低下する。このため、本実施形態では、各インク圧力室１１の長さを短くした上で、インク圧力室１１の両端に連通し且つインク圧力室１１の長手方向と交差する方向に延びた個別インク供給路５２および個別インク排出路５４を設け、個別インク流路５２、１１、５４の長さをかせぐようにした。 However, if the ink pressure chamber 11 is simply straightened as shown in FIG. 6, the size in the surface direction of the head 100 becomes large, and the nozzles 21 can not be arranged with high density. Also falls. For this reason, in the present embodiment, after shortening the length of each ink pressure chamber 11, individual ink supply paths which communicate with both ends of the ink pressure chamber 11 and extend in the direction intersecting the longitudinal direction of the ink pressure chamber 11 52 and individual ink discharge paths 54 were provided to increase the length of the individual ink flow paths 52, 11, 54.

具体的には、本実施形態では、ノズル２１からインク圧力室１１および個別インク供給路５２を介して共通インク供給室６２に至る流路長、およびノズル２１からインク圧力室１１および個別インク排出路５４を介して共通インク排出室６４に至る流路長を５００μｍ〜１２５０μｍ程度に設定した。或いは、本実施形態では、インク圧力室１１を設けた駆動基板１０の厚さと個別インク供給路５２および個別インク排出路５４を設けた封止基板５０の厚さを足した厚さを５００μｍ以上に設定した。 Specifically, in the present embodiment, the flow path length from the nozzle 21 to the common ink supply chamber 62 via the ink pressure chamber 11 and the individual ink supply passage 52, and the nozzle 21 to the ink pressure chamber 11 and the individual ink discharge passage The flow path length leading to the common ink discharge chamber 64 via 54 is set to about 500 μm to 1250 μm. Alternatively, in the present embodiment, the total thickness of the drive substrate 10 provided with the ink pressure chamber 11 and the thickness of the sealing substrate 50 provided with the individual ink supply passage 52 and the individual ink discharge passage 54 is 500 μm or more. Set.

以上のように、本実施形態のヘッド１００によると、ヘッド１００の表面に沿って複数の圧電素子４０を高い密度で配置することができ、ノズル２１をより高密度に配置することができ、装置構成を小型化することができる。 As described above, according to the head 100 of the present embodiment, the plurality of piezoelectric elements 40 can be arranged at a high density along the surface of the head 100, and the nozzles 21 can be arranged at a higher density. The configuration can be miniaturized.

また、本実施形態によると、ヘッド１００の面方向のサイズを大きくすることなく、ノズル２１につながる個別インク流路５２、１１、５４を十分に長くすることができ、インク滴の吐出時にノズル２１で発生する圧力波を十分に減衰させることができ、十分なサイズのインク滴を十分な吐出圧力で安定して吐出させることができる。 Further, according to the present embodiment, the individual ink flow paths 52, 11, 54 connected to the nozzles 21 can be made sufficiently long without increasing the size in the surface direction of the head 100, and the nozzles 21 can be discharged when discharging ink droplets. The pressure waves generated in the above can be sufficiently attenuated, and ink droplets of a sufficient size can be stably ejected at a sufficient ejection pressure.

さらに、本実施形態によると、各インク圧力室１１の両端に、同等の流路断面積を有する個別インク供給路５２および個別インク排出路５４を接続したため、個別インク流路５２、１１、５４の途中にオリフィスを設けることがなく、流路抵抗を低くすることができる。このため、各インク圧力室１１を介してインクを良好に循環させることができ、インク滴の吐出によりノズル２１の近くで不所望に発生した気泡をインク圧力室１１から確実に排出させることができ、気泡の存在に起因したインク滴の吐出不良を防止することができる。 Furthermore, according to the present embodiment, since the individual ink supply path 52 and the individual ink discharge path 54 having the same flow path cross-sectional area are connected to both ends of each ink pressure chamber 11, the individual ink flow paths 52, 11, 54 The flow path resistance can be reduced without providing an orifice in the middle. Therefore, the ink can be favorably circulated through the ink pressure chambers 11, and air bubbles generated in the vicinity of the nozzles 21 by discharge of ink droplets can be reliably discharged from the ink pressure chambers 11. Thus, it is possible to prevent the discharge failure of ink droplets due to the presence of air bubbles.

次に、図８乃至図１３を参照して、上述したヘッド１００の製造方法を説明する。
まず、図８に示すように、熱酸化により駆動基板１０の両面を酸化して、駆動基板１０の第２面１０ｂに積層したＳｉ酸化膜からなるダイアフラム３０を形成するとともに、駆動基板１０の反対側の面にＳｉ酸化膜の層３０’を形成する。本実施形態では、Ｓｉ基板の熱酸化によりダイアフラム３０を形成したが、熱酸化法以外のプラズマＣＶＤ法やＴＥＯＳを原材料とするＣＶＤ法なども使用することができる。 Next, a method of manufacturing the above-described head 100 will be described with reference to FIGS. 8 to 13.
First, as shown in FIG. 8, both surfaces of the drive substrate 10 are oxidized by thermal oxidation to form the diaphragm 30 made of a Si oxide film laminated on the second surface 10 b of the drive substrate 10, and A layer 30 'of Si oxide film is formed on the side surface. In the present embodiment, the diaphragm 30 is formed by thermal oxidation of the Si substrate, but plasma CVD other than thermal oxidation, CVD using TEOS as a raw material, or the like can also be used.

この後、ダイアフラム３０の背面３０ａ上に、スパッタリングによりＴｉ／Ｐｔからなる下部電極４２の層を形成し、その上にＰＺＴからなる圧電膜４４の層を形成し、さらにその上にＡｕからなる上部電極４６の層を形成する。次に、フォトリソグラフィーおよびウェットないしはドライエッチングにより上部電極４６、圧電膜４４、および下部電極４２を順にエッチングしてパターニングし、複数の圧電素子４０および複数の個別駆動配線４３（ここでは図示せず）を形成する。 After that, a layer of the lower electrode 42 of Ti / Pt is formed by sputtering on the back surface 30a of the diaphragm 30, a layer of the piezoelectric film 44 of PZT is formed thereon, and an upper portion of Au is further formed thereon. The layer of the electrode 46 is formed. Next, the upper electrode 46, the piezoelectric film 44, and the lower electrode 42 are sequentially etched and patterned by photolithography and wet or dry etching, and a plurality of piezoelectric elements 40 and a plurality of individual drive wirings 43 (not shown here) Form

次に、図９に示すように、複数の圧電素子４０およびダイアフラム３０の背面３０ａ全体を覆うように保護膜７０を形成し、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングにより保護膜７０をパターニングして、各圧電素子４０の上部電極４６の上部に複数のビアホール（図示せず）を形成する。その後、スパッタリング成膜、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングによりパターニングして、各ビアホールを介して上部電極４６に接続して複数の引出し配線４７を形成する。 Next, as shown in FIG. 9, a protective film 70 is formed so as to cover the entire back surface 30a of the plurality of piezoelectric elements 40 and the diaphragm 30, and the protective film 70 is patterned by photolithography and reactive ion etching. A plurality of via holes (not shown) are formed on the upper electrode 46 of the piezoelectric element 40. Thereafter, patterning is performed by sputtering film formation, photolithography, and reactive ion etching, and the plurality of lead wirings 47 are formed by connecting to the upper electrode 46 through each via hole.

さらに、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングにより保護膜７０およびダイアフラム３０をパターニングして、複数のインク圧力室１１の両端に連通させる複数の個別インク供給孔３２および複数の個別インク排出孔３４を形成する。 Further, the protective film 70 and the diaphragm 30 are patterned by photolithography and reactive ion etching to form a plurality of individual ink supply holes 32 and a plurality of individual ink discharge holes 34 communicated with both ends of the plurality of ink pressure chambers 11. .

次に、図１０に示すように、各インク圧力室１１の長手方向の両端に連通させる複数の個別インク供給路５２および複数の個別インク排出路５４を予め形成し且つ対向面５０ａに複数の凹所５１を予め形成した封止基板５０を用意する。そして、複数の圧電素子４０を非接触状態で封止基板５０の凹所５１によって囲んで、封止基板５０の対向面５０ａをダイアフラム３０の背面３０ａに対向させ、封止基板５０をダイアフラム３０の背面３０ａに積層する。このとき、接着剤４５を介して封止基板５０をダイアフラム３０の背面３０ａに接着固定する。 Next, as shown in FIG. 10, a plurality of individual ink supply paths 52 and a plurality of individual ink discharge paths 54 communicated with both ends in the longitudinal direction of each ink pressure chamber 11 are formed in advance and a plurality of concaves are formed on the opposing surface 50a. A sealing substrate 50 in which the portion 51 is formed in advance is prepared. Then, the plurality of piezoelectric elements 40 are surrounded by the recess 51 of the sealing substrate 50 in a non-contact state, the opposing surface 50 a of the sealing substrate 50 is opposed to the back surface 30 a of the diaphragm 30, and the sealing substrate 50 is of the diaphragm 30. It laminates on back 30a. At this time, the sealing substrate 50 is adhered and fixed to the back surface 30 a of the diaphragm 30 via the adhesive 45.

次に、図１１に示すように、駆動基板１０を第２面１０ｂ側から研削およびＣＭＰにより加工し薄板化する。そして、駆動基板１０の第２面１０ｂ側から裏面フォトリソグラフィーおよび深掘りエッチング（Ｄ−ＲＩＥ）により複数のインク圧力室１１を形成する。 Next, as shown in FIG. 11, the drive substrate 10 is processed and thinned by grinding and CMP from the second surface 10b side. Then, a plurality of ink pressure chambers 11 are formed from the second surface 10 b side of the drive substrate 10 by back surface photolithography and deep etching (D-RIE).

次に、図１２に示すように、予め、複数の共通インク供給室６２および複数の共通インク排出室６４を対向面６０ａ側に形成し、且つ共通インク供給室６２に連通した複数のインク供給口６６（ここでは図示せず）および共通インク排出室６４に連通した複数のインク排出口６８（ここでは図示せず）を形成した流路基板６０を用意する。 Next, as shown in FIG. 12, a plurality of common ink supply chambers 62 and a plurality of common ink discharge chambers 64 are formed in advance on the facing surface 60 a side, and a plurality of ink supply ports communicated with the common ink supply chamber 62. A flow path substrate 60 having a plurality of ink discharge ports 68 (not shown here) communicated with the common ink discharge chamber 64 and 66 (not shown here) is prepared.

そして、この流路基板６０の対向面６０ａを封止基板５０の背面５０ｂに対向させ、封止基板５０の背面５０ｂに接着剤５５を介して流路基板６０を接着固定する。このとき、流路基板６０の共通インク供給室６２が封止基板５０の複数の個別インク供給路５２に重なり、流路基板６０の共通インク排出室６４が封止基板５０の複数の個別インク排出路５４に重なるように流路基板６０を位置合わせする。 Then, the opposing surface 60 a of the flow path substrate 60 is opposed to the back surface 50 b of the sealing substrate 50, and the flow path substrate 60 is adhered and fixed to the back surface 50 b of the sealing substrate 50 via the adhesive 55. At this time, the common ink supply chamber 62 of the flow path substrate 60 overlaps the plurality of individual ink supply paths 52 of the sealing substrate 50, and the common ink discharge chamber 64 of the flow path substrate 60 discharges the plurality of individual ink of the sealing substrate 50. The channel substrate 60 is aligned so as to overlap the channel 54.

さらに、図１３に示すように、接着剤１５を介して駆動基板１０の第１面１０ａにノズルプレート２０を接着固定する。そして、レーザ加工によりノズルプレート２０に複数のノズル２１を形成する。なお、ノズル２１は、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより予めノズルプレート２０に形成しておいても良い。 Further, as shown in FIG. 13, the nozzle plate 20 is bonded and fixed to the first surface 10 a of the drive substrate 10 via the adhesive 15. Then, a plurality of nozzles 21 are formed on the nozzle plate 20 by laser processing. The nozzles 21 may be formed in the nozzle plate 20 in advance by photolithography and etching.

なお、以上説明した一連の膜形成及びエッチングは、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、一つ一つのチップに分割する。 In the above-described series of film formation and etching, a large number of chips are simultaneously formed on a single wafer, and after completion of the process, the chips are divided into individual chips.

以上のように、本実施形態のヘッド１００の製造方法によれば、簡単な半導体製造プロセスを利用してヘッド１００を製造することが可能であり、インク循環性能に優れた圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッド１００を提供することが可能となる。 As described above, according to the method of manufacturing the head 100 of the present embodiment, it is possible to manufacture the head 100 using a simple semiconductor manufacturing process, and the piezoelectric MEMS inkjet type excellent in ink circulation performance. It is possible to provide the recording head 100.

（第１の変形例）
図１４は、上述した第１の実施形態のヘッド１００の第１の変形例であるインクジェット式記録ヘッド２００（以下、単にヘッド２００と称する）の要部を示す部分拡大図である。第１の変形例に係るヘッド２００は、封止基板５０に設けた複数の個別インク供給路２０２および複数の個別インク排出路２０４の構造が異なる以外、上述した第１の実施形態のヘッド１００と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第１の実施形態と異なる構成について説明し、第１の実施形態と同様に機能する構成については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。 (First modification)
FIG. 14 is a partially enlarged view showing a main part of an ink jet recording head 200 (hereinafter, simply referred to as a head 200) which is a first modified example of the head 100 of the first embodiment described above. The head 200 according to the first modification differs from the head 100 according to the first embodiment described above except that the structures of the plurality of individual ink supply paths 202 and the plurality of individual ink discharge paths 204 provided in the sealing substrate 50 are different. It has substantially the same structure. Therefore, the configuration different from that of the first embodiment will be described here, and the configuration that functions in the same manner as the first embodiment is denoted by the same reference numeral, and the detailed description thereof will be omitted.

封止基板５０の複数の個別インク供給路２０２および複数の個別インク排出路２０４は、第１の実施形態の個別インク供給路５２および個別インク排出路５４と比較して、その流路断面積が全体的に大きくされている。一方、複数の圧電素子４０やその配線（個別駆動配線４３および引出し配線４７）を密集した状態でダイアフラム３０の背面３０ａに設けるため、ダイアフラム３０を貫通して設けた複数の個別インク供給孔３２および複数の個別インク排出孔３４は、レイアウト上の制約があり、サイズ（断面積）を大きくすることが難しい。 The plurality of individual ink supply paths 202 and the plurality of individual ink discharge paths 204 of the sealing substrate 50 have channel cross-sectional areas compared with the individual ink supply path 52 and the individual ink discharge path 54 of the first embodiment. The whole is being enlarged. On the other hand, a plurality of individual ink supply holes 32 provided through the diaphragm 30 and a plurality of piezoelectric elements 40 and their wirings (individual drive wirings 43 and lead wirings 47) are provided closely to the back surface 30a of the diaphragm 30. The plurality of individual ink discharge holes 34 have layout limitations, and it is difficult to increase the size (cross-sectional area).

よって、本変形例では、各個別インク供給路２０２の図示下端側（ダイアフラム３０の個別インク供給孔３２に対向する側）を対応する個別インク供給孔３２の周縁に向けて収束させ、各個別インク供給路２０２が個別インク供給孔３２に接続する部位だけ流路断面積を小さくしている。例えば、この収束部位は、封止基板５０の凹所５１の深さをわずかに超えた長さを有し、個別インク供給孔３２の周縁になだらかにつながっている。 Therefore, in the present modification, the lower end side (the side opposite to the individual ink supply holes 32 of the diaphragm 30) of each individual ink supply path 202 is converged toward the peripheral edge of the corresponding individual ink supply hole 32, The flow passage cross-sectional area is reduced by a portion where the supply passage 202 is connected to the individual ink supply hole 32. For example, the convergent portion has a length slightly exceeding the depth of the recess 51 of the sealing substrate 50 and is smoothly connected to the periphery of the individual ink supply holes 32.

以上のように、第１の変形例のヘッド２００は、第１の実施形態のヘッド１００と比較して、流路断面積を大きくした複数の個別インク供給路２０２および複数の個別インク排出路２０４を有するため、各インク圧力室１１に循環させるインクの流路抵抗をより小さくすることができ、単位時間内により多くのインクを流通させることができる。よって、各インク圧力室１１内で不所望に生じた気泡をより確実に除去することができ、インクの吐出性能をより向上させることができる。 As described above, the head 200 of the first modified example has a plurality of individual ink supply paths 202 and a plurality of individual ink discharge paths 204 having a larger flow path cross-sectional area as compared with the head 100 of the first embodiment. Therefore, the flow path resistance of the ink circulated in each ink pressure chamber 11 can be further reduced, and more ink can be circulated within a unit time. Thus, air bubbles generated in each ink pressure chamber 11 can be removed more reliably, and the ink ejection performance can be further improved.

（第２の変形例）
図１５は、第２の変形例に係るインクジェット式記録ヘッド３００（以下、単にヘッド３００と称する）のダイアフラム３０を封止基板５０側から見た部分拡大背面図である。ヘッド３００は、第１の変形例のヘッド２００の、複数のインク圧力室１１、複数の圧電素子４０、配線４３、４７、複数の個別インク供給路２０２（個別インク供給孔３０２）、および複数の個別インク排出路２０４（個別インク排出孔３０４）のレイアウトを変更したものであり、それ以外の構成は、上述した第１の変形例のヘッド２００と略同じ構造を有する。 (Second modification)
FIG. 15 is a partially enlarged rear view of a diaphragm 30 of an ink jet recording head 300 (hereinafter, simply referred to as a head 300) according to a second modification viewed from the sealing substrate 50 side. The head 300 includes the plurality of ink pressure chambers 11, the plurality of piezoelectric elements 40, the wirings 43 and 47, the plurality of individual ink supply paths 202 (individual ink supply holes 302), and the plurality of heads of the head 200 of the first modification. The layout of the individual ink discharge path 204 (individual ink discharge hole 304) is changed, and the configuration other than that has substantially the same structure as the head 200 of the first modification described above.

第２の変形例のレイアウトは、ヘッド１００、２００と比較して、ノズル２１のより高密度な配置を可能にする。第２の変形例では、各列の複数の圧電素子４０（およびインク圧力室１１）を第１の方向に沿って図示左右方向に交互にずらし、各インク圧力室１１の両端に連通した複数の個別インク供給孔３０２および複数の個別インク排出孔３０４を第２の方向に並べないようにした。これにより、各列の複数の圧電素子４０（およびインク圧力室１１）を第２の方向に沿って密集して並べても配線４３、４７のための十分なスペースを確保することができる。 The layout of the second alternative allows for a higher density of placement of the nozzles 21 as compared to the heads 100, 200. In the second modification, the plurality of piezoelectric elements 40 (and the ink pressure chambers 11) in each row are alternately shifted in the left and right directions in the drawing along the first direction, and the plurality of piezoelectric elements 40 communicated with both ends of each ink pressure chamber 11 The individual ink supply holes 302 and the plurality of individual ink discharge holes 304 are not arranged in the second direction. As a result, even if the plurality of piezoelectric elements 40 (and the ink pressure chambers 11) in each row are closely arranged in the second direction, a sufficient space for the wirings 43 and 47 can be secured.

また、第２の変形例では、複数の個別インク供給孔３０２および複数の個別インク排出孔３０４の断面形状を第１の方向に延びた長円形としている。これにより、各個別インク供給孔３０２および各個別インク排出孔３０４の断面積を大きくしている。このように、複数の個別インク供給孔３０２および複数の個別インク排出孔３０４の断面形状を長円形にすることで、上述した第１の変形例における収束部分を無くすことができ、流路抵抗をより小さくすることができる。各個別インク供給孔３０２および各個別インク排出孔３０４は、対応するインク圧力室１１の両端から中央に向けて延びている。 Further, in the second modified example, the cross-sectional shapes of the plurality of individual ink supply holes 302 and the plurality of individual ink discharge holes 304 are elongated in the first direction. Thus, the cross-sectional areas of the individual ink supply holes 302 and the individual ink discharge holes 304 are increased. As described above, by making the cross-sectional shapes of the plurality of individual ink supply holes 302 and the plurality of individual ink discharge holes 304 oval, it is possible to eliminate the convergence portion in the first modification described above, and to It can be made smaller. Each individual ink supply hole 302 and each individual ink discharge hole 304 extend from the opposite ends of the corresponding ink pressure chamber 11 toward the center.

以上のように、第２の変形例によると、ノズル２１をより高密度に配置することができ、ヘッド３００の第２の方向に沿ったサイズを小さくすることができる。また、第２の変形例によると、ダイアフラム３０の複数の個別インク供給孔３０２および複数の個別インク排出孔３０４の断面形状を長円形にすることで、流路断面積を大きくすることができ、流路抵抗を小さくすることができる。 As described above, according to the second modification, the nozzles 21 can be disposed at a higher density, and the size of the head 300 in the second direction can be reduced. Further, according to the second modified example, by making the cross-sectional shapes of the plurality of individual ink supply holes 302 and the plurality of individual ink discharge holes 304 of the diaphragm 30 oblong, the flow passage cross-sectional area can be increased. The flow path resistance can be reduced.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

封止基板５０に設けた個別インク供給路５２（２０２）および個別インク排出路５４（２０４）の流路断面積は、上述したように、理想的には、インク圧力室１１の流路断面積と同等、もしくはそれ以上にすることが望ましい。しかし、インク圧力室１１内の気泡を良好に除去可能な程度のインクの循環量を得るためには、必ずしも個別インク供給路５２（２０２）および個別インク排出路５４（２０４）の流路断面積をインク圧力室１１の流路断面積と同等にする必要はない。 The channel cross-sectional areas of the individual ink supply channels 52 (202) and the individual ink discharge channels 54 (204) provided in the sealing substrate 50 are ideally the channel cross-sectional areas of the ink pressure chambers 11, as described above. It is desirable to make it equal to or higher than However, in order to obtain the circulation amount of the ink capable of removing the air bubbles in the ink pressure chamber 11 satisfactorily, the cross-sectional areas of the individual ink supply passage 52 (202) and the individual ink discharge passage 54 (204) are not necessarily required. Need not be equal to the flow passage cross-sectional area of the ink pressure chamber 11.

個別インク流路５２、１１、５４の流路抵抗は、流路断面積の２乗に反比例する。よって、例えば、個別インク供給路５２（２０２）および個別インク排出路５４（２０４）の流路断面積がインク圧力室１１の流路断面積の半分（５０％）になると、個別インク供給路５２（２０２）および個別インク排出路５４（２０４）における流路抵抗は、インク圧力室１１の流路抵抗の４倍になる。しかし、この４倍の流路抵抗は、上述した「気泡を良好に除去可能な程度のインクの循環量」を満足するものであるため、個別インク供給路５２（２０２）および個別インク排出路５４（２０４）の流路断面積の許容値は、インク圧力室１１の流路断面積の５０％以上とすることができる。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
第１面およびこの第１面と平行な第２面を有するとともに、前記第１面と平行な第１の方向にそれぞれ配列され且つ前記第１面と前記第２面を連絡した複数のインク圧力室を有する第１基板と、
前記複数のインク圧力室の前記第１面側を塞ぐように前記第１基板の前記第１面に積層され、前記各インク圧力室に連通した複数のノズルを有するノズルプレートと、
前記複数のインク圧力室の前記第２面側を塞ぐように前記第１基板の前記第２面に積層され、前記各インク圧力室の前記第１の方向の一端に連通した複数の個別インク供給孔を有し、且つ前記各インク圧力室の前記第１の方向の他端に連通した複数の個別インク排出孔を有するダイアフラムと、
前記ダイアフラムの前記第１基板と反対の背面側に設けられ、前記各インク圧力室内のインクをそれぞれ加圧可能な複数のアクチュエータと、
前記ダイアフラムの前記背面側に積層され、前記ダイアフラムに対向する対向面を有し、この対向面に前記複数のアクチュエータを非接触状態で覆う凹所を有し、前記ダイアフラムの前記各個別インク供給孔を介して前記各インク圧力室の前記一端に連通した複数の個別インク供給路を有し、且つ前記ダイアフラムの前記各個別インク排出孔を介して前記各インク圧力室の前記他端に連通した複数の個別インク排出路を有する第２基板と、
を有するインクジェット式記録ヘッド。
［２］
前記複数の個別インク供給路および前記複数の個別インク排出路は、前記第２基板の前記対向面とこの対向面と反対の背面とを連絡して前記第２基板を貫通して設けられている、
［１］のインクジェット式記録ヘッド。
［３］
前記第２基板の前記背面側に積層され、前記複数の個別インク供給路の前記各インク圧力室と反対側の端部に連通した共通インク供給室、および、前記複数の個別インク排出路の前記各インク圧力室と反対側の端部に連通した共通インク排出室を有する第３基板をさらに有する、
［２］のインクジェット式記録ヘッド。
［４］
前記ノズルから前記インク圧力室および前記個別インク供給路を介して前記共通インク供給室に至る流路長、および前記ノズルから前記インク圧力室および前記個別インク排出路を介して前記共通インク排出室に至る流路長は２５０μｍ以上である、
［３］のインクジェット式記録ヘッド。
［５］
前記ノズルは前記各インク圧力室の前記第１の方向の中央に設けられる［１］または［４］記載のインクジェット式記録ヘッド。
［６］
前記ノズルから前記インク圧力室および前記個別インク供給路を介して前記共通インク供給室に至る流路長、および前記ノズルから前記インク圧力室および前記個別インク排出路を介して前記共通インク排出室に至る流路長は５００μｍ以上１２５０μｍ以下である、
［５］のインクジェット式記録ヘッド。
［７］
前記第１基板の厚さと前記第２基板の厚さを足した厚さは、５００μｍ以上である、
［２］のインクジェット式記録ヘッド。
［８］
前記各個別インク供給路の流路断面積は、前記各インク圧力室の流路断面積の５０％より大きく、前記各個別インク排出路の流路断面積は、前記各インク圧力室の前記流路断面積の５０％より大きい、
［１］のインクジェット式記録ヘッド。
［９］
前記各個別インク供給路の流路断面積は、前記各インク圧力室の流路断面積以上であり、前記各個別インク排出路の流路断面積は、前記各インク圧力室の前記流路断面積以上である、
［１］のインクジェット式記録ヘッド。
The flow path resistance of the individual ink flow paths 52, 11, 54 is inversely proportional to the square of the flow path cross-sectional area. Thus, for example, when the channel cross-sectional area of the individual ink supply channel 52 (202) and the individual ink discharge channel 54 (204) becomes half (50%) of the channel cross-sectional area of the ink pressure chamber 11, the individual ink supply channel 52 The flow path resistance in (202) and the individual ink discharge path 54 (204) is four times the flow path resistance of the ink pressure chamber 11. However, since the fourfold flow path resistance satisfies the above-described “the circulating amount of ink capable of removing air bubbles well”, the individual ink supply path 52 (202) and the individual ink discharge path 54. The allowable value of the flow passage cross-sectional area of (204) can be 50% or more of the flow passage cross-sectional area of the ink pressure chamber 11.
Hereinafter, the invention described in the claims at the beginning of the application of the present application is appended.
[1]
A plurality of ink pressures having a first surface and a second surface parallel to the first surface, and arranged in a first direction parallel to the first surface and connecting the first surface and the second surface A first substrate having a chamber;
A nozzle plate having a plurality of nozzles stacked on the first surface of the first substrate so as to close the first surface side of the plurality of ink pressure chambers and communicating with the respective ink pressure chambers;
A plurality of individual ink supplies stacked on the second surface of the first substrate so as to close the second surface side of the plurality of ink pressure chambers and communicating with one end in the first direction of each of the ink pressure chambers A diaphragm having a plurality of individual ink discharge holes communicating with the other end of each of the ink pressure chambers in the first direction;
A plurality of actuators provided on the back side opposite to the first substrate of the diaphragm and capable of respectively pressurizing the ink in the ink pressure chambers;
The diaphragm is stacked on the back side and has an opposing surface facing the diaphragm, and the opposing surface has a recess that covers the plurality of actuators in a non-contact state, and the individual ink supply holes of the diaphragm A plurality of individual ink supply paths communicating with the one end of the respective ink pressure chambers through the plurality of the plurality of ink pressure chambers communicated with the other ends of the respective ink pressure chambers through the respective individual ink discharge holes of the diaphragm A second substrate having an individual ink discharge path of
An ink jet recording head having
[2]
The plurality of individual ink supply paths and the plurality of individual ink discharge paths are provided to communicate the opposing surface of the second substrate with the back surface opposite to the opposing surface and to penetrate the second substrate. ,
The ink jet recording head of [1].
[3]
A common ink supply chamber stacked on the back side of the second substrate and in communication with the end of the plurality of individual ink supply passages opposite to the ink pressure chambers, and the common ink supply chamber of the plurality of individual ink discharge passages And a third substrate having a common ink discharge chamber in communication with the end opposite to each ink pressure chamber,
The ink jet recording head of [2].
[4]
A flow path length from the nozzle to the common ink supply chamber through the ink pressure chamber and the individual ink supply passage, and from the nozzle to the common ink discharge chamber through the ink pressure chamber and the individual ink discharge passage The flow path length is 250 μm or more,
The ink jet recording head of [3].
[5]
The inkjet recording head according to [1] or [4], wherein the nozzle is provided at the center of each of the ink pressure chambers in the first direction.
[6]
A flow path length from the nozzle to the common ink supply chamber through the ink pressure chamber and the individual ink supply passage, and from the nozzle to the common ink discharge chamber through the ink pressure chamber and the individual ink discharge passage The flow path length is 500 μm or more and 1250 μm or less,
The ink jet recording head of [5].
[7]
The total thickness of the first substrate and the second substrate is 500 μm or more.
The ink jet recording head of [2].
[8]
The flow passage cross-sectional area of each individual ink supply passage is larger than 50% of the flow passage cross-sectional area of each ink pressure chamber, and the flow passage cross-sectional area of each individual ink discharge passage Greater than 50% of the road cross section,
The ink jet recording head of [1].
[9]
The flow passage cross-sectional area of each individual ink supply passage is equal to or larger than the flow passage cross-sectional area of each ink pressure chamber, and the flow passage cross-sectional area of each individual ink discharge passage More than area,
The ink jet recording head of [1].

１０…駆動基板（第１基板）、１０ａ…第１面、１０ｂ…第２面、１１…インク圧力室、２０…ノズルプレート、２１…ノズル、３０…ダイアフラム、３０ａ…背面、３２…個別インク供給孔、３４…個別インク排出孔、４０…圧電素子、５０…封止基板（第２基板）、５２…個別インク供給路、５４…個別インク排出路、６０…流路基板（第３基板）、６２…共通インク供給室、６４…共通インク排出室、６６…インク供給口、６８…インク排出口、１００、２００、３００…インクジェット式記録ヘッド。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Drive board (1st board | substrate), 10a ... 1st surface, 10b ... 2nd surface, 11 ... Ink pressure chamber, 20 ... Nozzle plate, 21 ... Nozzle, 30 ... Diaphragm, 30a ... Back surface, 32 ... Individual ink supply Holes 34 individual ink discharge holes 40 piezoelectric elements 50 sealing substrate (second substrate) 52 individual ink supply paths 54 individual ink discharge paths 60 flow path substrate (third substrate) 62 common ink supply chamber 64 common ink discharge chamber 66 ink supply port 68 ink discharge port 100, 200, 300 ink jet recording head

Claims

A first surface and a second surface parallel to the first surface, and having a plurality of ink pressure chambers connecting the first surface and the second surface, the plurality of ink pressure chambers being the first surface each extending to the surface of the first direction in parallel, before SL arranged in a second direction perpendicular to the first direction in parallel to the first surface, the ink pressure arranged in the second direction A first substrate in which a plurality of rows of chambers are arranged in the first direction ;
A nozzle plate having a plurality of nozzles stacked on the first surface of the first substrate so as to close the first surface side of the plurality of ink pressure chambers and communicating with the respective ink pressure chambers;
Said plurality of said first substrate so as to close the second surface side of the ink pressure chambers said laminated on the second surface, each of said one end arranged in the second direction of the plurality of ink pressure chambers in each row a diaphragm having a plurality of individual ink supply hole, and the plurality of individual ink discharge holes communicating with respective aligned other end in the second direction of the plurality of ink pressure chambers in each row in communication,
A plurality of actuators provided corresponding to the plurality of ink pressure chambers, respectively, on the back side opposite to the first substrate of the diaphragm and capable of respectively pressurizing the ink in the respective ink pressure chambers;
Laminated on the back side of the diaphragm, said has a back opposite to the facing surface and the opposing surface facing the diaphragm, have a plurality of recesses covering the plurality of actuators on the facing surface in a non-contact state, respectively A plurality of individual ink supply paths of a predetermined length in communication with the individual ink supply holes of the diaphragm in communication with the opposite surface and the back surface, and in communication with the opposite surface and the back surface; A second substrate having a plurality of individual ink discharge paths of a predetermined length in communication with the individual ink discharge holes ;
The plurality of individual ink supply paths which are stacked on the rear surface side of the second substrate and are respectively communicated with the one end of the two rows of ink pressure chambers arranged in the second direction and adjacent to the first direction A common ink supply chamber in communication with the end opposite to each ink pressure chamber, and the other end of the two rows of ink pressure chambers adjacent in the first direction and in the second direction are in communication with each other And a third substrate having a common ink discharge chamber in communication with an end of the plurality of individual ink discharge paths opposite to the ink pressure chambers,
The end of the individual ink supply passage communicating with the one end of each ink pressure chamber is connected to the one end of the ink pressure chamber adjacent to the ink pressure chamber in the first direction. The same common common to the end of the separate ink supply passage in communication with the end of the passage and in communication with the one end of the ink pressure chamber adjacent to the ink pressure chamber in the second direction. It communicates with the ink supply chamber,
The end of the individual ink discharge passage communicating with the other end of each ink pressure chamber communicates with the other end of the ink pressure chamber adjacent to the ink pressure chamber in the first direction. The same end connected to the end of the ink discharge path and connected to the end of the individual ink discharge path connected to the other end of the ink pressure chamber adjacent to the ink pressure chamber in the second direction. and communicating with the common ink discharge chamber,
An ink jet recording head, wherein the common ink supply chamber and the common ink discharge chamber are alternately arranged in the first direction .

A flow path length from the nozzle to the common ink supply chamber through the ink pressure chamber and the individual ink supply passage, and from the nozzle to the common ink discharge chamber through the ink pressure chamber and the individual ink discharge passage The flow path length is 250 μm or more,
An ink jet recording head according to claim 1 .

Said nozzle wherein said first direction of claim 1 or claim 2 an ink jet recording head according provided at the center of each ink pressure chamber.

A flow path length from the nozzle to the common ink supply chamber through the ink pressure chamber and the individual ink supply passage, and from the nozzle to the common ink discharge chamber through the ink pressure chamber and the individual ink discharge passage The flow path length is 500 μm or more and 1250 μm or less,
An ink jet recording head according to claim 3 .

The total thickness of the first substrate and the second substrate is 500 μm or more.
An ink jet recording head according to claim 1 .

The flow passage cross-sectional area of each individual ink supply passage is larger than 50% of the flow passage cross-sectional area of each ink pressure chamber, and the flow passage cross-sectional area of each individual ink discharge passage Greater than 50% of the road cross section,
An ink jet recording head according to claim 1.

The flow passage cross-sectional area of each individual ink supply passage is equal to or greater than the flow passage cross-sectional area of each ink pressure chamber, and the flow passage cross-sectional area of each individual ink discharge passage is the flow passage cross-sectional area of each ink pressure chamber Or more,
An ink jet recording head according to claim 1.