JP2000085133A - Manufacture of ink jet type recording head - Google Patents

Manufacture of ink jet type recording head

Info

Publication number
JP2000085133A
JP2000085133A JP25583998A JP25583998A JP2000085133A JP 2000085133 A JP2000085133 A JP 2000085133A JP 25583998 A JP25583998 A JP 25583998A JP 25583998 A JP25583998 A JP 25583998A JP 2000085133 A JP2000085133 A JP 2000085133A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure generating
flow path
generating chamber
film
ink
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP25583998A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mari Sakai
真理 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP25583998A priority Critical patent/JP2000085133A/en
Publication of JP2000085133A publication Critical patent/JP2000085133A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an ink jet type recording head, which can uniformalize the characteristics of the head. SOLUTION: In the manufacturing method for an ink jet type recording head, in which each piezoelectric element is formed on a region corresponding to each pressure generating chamber by laminatingly patterning an elastic film 50, a lower electrode layer 60, a piezoelectric body layer 60 and an upper electrode layer 80 on one side of a flow passage forming board 10 and the pressure generating chamber 12 communicating with a nozzle opening is formed by etching the other side of the flow passage forming board 10 respectively, a film stress measuring process for measuring the film stresses of the respective layer on the flow passage forming board 10 and a dimension selecting process for determining the optimum dimensions of the pressure generating chambers 12, ink feeding passages 15 for feeding an ink to the pressure generating chambers 12 and the respective patternings of the respective layers on the basis of the result of the film stress measuring process are equipped after the formation of at least the elastic film 50, the lower electrode layer 60 and the piezoelectric body layer 70 on the flow passage forming board 10, resulting in allowing to nearly uniformalize ink discharging characteristics.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッドの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure generating chamber which communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets, which is constituted by a vibrating plate. The present invention relates to a method of manufacturing an ink jet recording head that discharges ink droplets by using the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
2種類が実用化されている。
2. Description of the Related Art A part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibrating plate, and the vibrating plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generating chamber to pass through the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads that eject ink droplets have been commercialized, one using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and the other using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. ing.

【0003】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
In the former method, the volume of the pressure generating chamber can be changed by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the diaphragm, so that a head suitable for high-density printing can be manufactured. There is a problem in that a difficult process of cutting into a comb shape in accordance with the arrangement pitch of the openings and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are required, and the manufacturing process is complicated.

【0004】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。
On the other hand, in the latter, a piezoelectric element can be formed on a diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of a pressure generating chamber and firing the green sheet. In addition, there is a problem that a certain area is required due to the use of flexural vibration, and that high-density arrangement is difficult.

【0005】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平5−286131号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。
On the other hand, in order to solve the latter disadvantage of the recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-286131. A proposal has been made in which the piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chambers by a lithography method, and a piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber.

【0006】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能
になるという利点がある。
This eliminates the need for attaching the piezoelectric element to the vibration plate, which not only allows the piezoelectric element to be manufactured by a precise and simple method such as lithography, but also reduces the thickness of the piezoelectric element. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed.

【0007】[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。
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.

【0008】特に、圧電素子の各層をゾル−ゲル法又は
スパッタリング法を用いて形成した場合、高温での焼成
過程が必要であるが、高温処理により振動板を形成する
膜、特に下電極に強い引張り応力が発生する。この引張
り応力は振動板の剛性を大きく変化させる。製造プロセ
スでのわずかな変動が膜の応力を変化させてしまうた
め、製造毎に振動板の特性、インクジェット式記録ヘッ
ドの特性が大きく異なってしまい、製造の歩留りが非常
に低くなってしまうという問題がある。
In particular, when each layer of the piezoelectric element is formed by a sol-gel method or a sputtering method, a firing process at a high temperature is required. Tensile stress occurs. This tensile stress greatly changes the rigidity of the diaphragm. The problem is that slight fluctuations in the manufacturing process change the stress of the film, and the characteristics of the diaphragm and the characteristics of the ink jet recording head differ greatly from manufacturing to manufacturing, resulting in extremely low manufacturing yield. There is.

【0009】なお、弾性膜としては、酸化シリコン膜の
他、剛性の高いものとして酸化ジルコニウム膜が提案さ
れているが、何れにしても同様な問題が生じる。
As the elastic film, in addition to a silicon oxide film, a zirconium oxide film having a high rigidity has been proposed, but the same problem occurs in any case.

【0010】本発明はこのような事情に鑑み、ヘッドの
特性を均一化することのできるイクジェット式記録ヘッ
ドの製造方法を提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a manufacturing method of an eject type recording head capable of making head characteristics uniform.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の第1の態様は、流路形成基板の一方面上に弾性膜、
下電極層、圧電体層及び上電極層を順次積層して各層を
パターニングすることにより前記圧力発生室に対応する
領域に圧電素子を形成し、他方面側から前記流路形成基
板をエッチングしてノズル開口に連通する圧力発生室を
形成するインクジェット式記録ヘッドの製造方法におい
て、前記流路形成基板上に、少なくとも前記弾性膜、前
記下電極層、前記圧電体層を形成後、前記流路形成基板
上の各層の膜応力を測定する膜応力測定工程と、当該膜
応力測定工程の結果に基づき前記圧力発生室及び当該圧
力発生室にインクを供給するインク供給路並びに前記各
層のパターニングの最適な寸法を決定する寸法選択工程
とを具備することを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法にある。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, an elastic film is provided on one surface of a flow path forming substrate.
A lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer are sequentially laminated to form a piezoelectric element in a region corresponding to the pressure generating chamber by patterning each layer, and etching the flow path forming substrate from the other surface side. In a method for manufacturing an ink jet recording head for forming a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, at least the elastic film, the lower electrode layer, and the piezoelectric layer are formed on the flow path forming substrate, and then the flow path forming is performed. A film stress measuring step of measuring a film stress of each layer on the substrate, and an optimal pressure generating chamber and an ink supply path for supplying ink to the pressure generating chamber based on a result of the film stress measuring step, and an optimal patterning of each layer. And a dimension selecting step of determining a dimension.

【0012】かかる第1の態様では、流路形成基板上の
各層の膜応力に応じて圧力発生室及びインク供給路並び
に各層のパターニングの最適な寸法を決定することによ
り、各流路形成基板毎のインク吐出性能を略均一化する
ことができ、製造の歩留りを向上することができる。
In the first aspect, the pressure generating chamber, the ink supply path, and the optimal dimensions of the patterning of each layer are determined according to the film stress of each layer on the flow path forming substrate. Can be made substantially uniform, and the production yield can be improved.

【0013】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記膜応力測定工程では、前記流路形成基板の変形
量を測定した測定結果から前記各層の膜応力を算出する
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド製造方法
にある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, in the film stress measuring step, the film stress of each of the layers is calculated from a measurement result obtained by measuring an amount of deformation of the flow path forming substrate. And a method of manufacturing an ink jet recording head.

【0014】かかる第2の態様では、流路形成基板上の
各層の膜応力を容易に算出することができる。
In the second aspect, the film stress of each layer on the flow path forming substrate can be easily calculated.

【0015】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記寸法選択工程では、前記圧力発生室の開
口面積を最適な大きさに決定することを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, in the dimension selecting step, the opening area of the pressure generating chamber is determined to be an optimal size. Manufacturing method.

【0016】かかる第3の態様では、圧力発生室の容積
を変更することにより、ノズル開口から吐出されるイン
クの吐出特性を容易に調整して均一化を図ることができ
る。
In the third aspect, by changing the volume of the pressure generating chamber, the ejection characteristics of the ink ejected from the nozzle openings can be easily adjusted to achieve uniformity.

【0017】本発明の第4の態様は、第3の態様におい
て、前記寸法選択工程では、前記圧力発生室の幅を最適
な寸法にすることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法にある。
A fourth aspect of the present invention is the method for manufacturing an ink jet recording head according to the third aspect, wherein in the dimension selecting step, the width of the pressure generating chamber is set to an optimal dimension. .

【0018】かかる第4の態様では、圧力発生室の幅を
変更することにより、圧力発生室の容積を調整して、吐
出特性の均一化を図る。
In the fourth aspect, by changing the width of the pressure generating chamber, the volume of the pressure generating chamber is adjusted to achieve uniform discharge characteristics.

【0019】本発明の第5の態様は、第3又は4の態様
において、前記寸法選択工程では、前記圧力発生室の長
手方向の長さを最適な寸法にすることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
According to a fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect, in the dimension selecting step, the length of the pressure generating chamber in the longitudinal direction is set to an optimum dimension. In the method of manufacturing the head.

【0020】かかる第5の態様では、圧力発生室の長さ
を変更することにより、圧力発生室の容積を調整して、
吐出特性の均一化を図る。
In the fifth aspect, the volume of the pressure generating chamber is adjusted by changing the length of the pressure generating chamber,
To achieve uniform discharge characteristics.

【0021】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記寸法選択工程では、前記インク供
給路の深さ及び幅の少なくとも一方を変えることによ
り、前記インク供給路の流路面積を最適な大きさにする
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方
法にある。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, in the dimension selecting step, at least one of a depth and a width of the ink supply path is changed to thereby provide the ink supply path. A method for manufacturing an ink jet recording head, characterized in that the flow path area is optimized.

【0022】かかる第6の態様では、インク供給路の流
路抵抗を調整することにより、吐出特性を均一化する。
In the sixth aspect, the discharge characteristics are made uniform by adjusting the flow path resistance of the ink supply path.

【0023】本発明の第7の態様は、第1〜6の何れか
の態様において、前記寸法選択工程では、前記圧電素子
の幅方向両側の前記弾性膜及び前記下電極層の厚さを最
適な寸法にすることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドの製造方法にある。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, in the dimension selecting step, the thicknesses of the elastic film and the lower electrode layer on both sides in the width direction of the piezoelectric element are optimized. The method for manufacturing an ink jet recording head is characterized in that the dimensions are determined as follows.

【0024】かかる第7の態様では、圧電素子の駆動に
よる弾性膜の変形量及び剛性を調整することができる。
According to the seventh aspect, the amount of deformation and the rigidity of the elastic film caused by driving the piezoelectric element can be adjusted.

【0025】本発明の第8の態様は、第1〜7の何れか
の態様において、前記圧電素子を構成する各層がゾル−
ゲル法又はスパッタリング法により形成されていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法に
ある。
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, each of the layers constituting the piezoelectric element is formed of a sol-gel.
A method of manufacturing an ink jet recording head, which is formed by a gel method or a sputtering method.

【0026】かかる第8の態様では、膜応力に応じて最
適な寸法を決定することにより効果的に歩留りを向上す
ることができる。
In the eighth aspect, the yield can be effectively improved by deciding the optimum size according to the film stress.

【0027】本発明の第9の態様は、第1〜8の何れか
の態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板
に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各
層が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の製造
方法にある。
According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation. A method of manufacturing an ink jet type recording head characterized by being formed by a lithography method.

【0028】かかる第9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 ninth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0029】本発明の第10の態様は、第1〜9の何れ
かの態様において、前記流路形成基板には前記圧力発生
室に連通されるリザーバが画成され、前記ノズル開口を
有するノズルプレートが接合されることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, a reservoir communicating with the pressure generating chamber is defined in the flow path forming substrate, and the nozzle having the nozzle opening is provided. A method for manufacturing an ink jet recording head, wherein a plate is bonded.

【0030】かかる第10の態様では、ノズル開口から
インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを容易に
実現できる。
According to the tenth aspect, an ink jet recording head that discharges ink from the nozzle openings can be easily realized.

【0031】本発明の第11の態様は、第1〜10の何
れかの態様において、前記流路形成基板には、前記圧力
発生室にインクを供給する共通インク室と、前記圧力発
生室と前記ノズル開口とを連通する流路とを形成する流
路ユニットが接合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の製造方法にある。
According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to tenth aspects, a common ink chamber for supplying ink to the pressure generation chamber, the pressure generation chamber, A method of manufacturing an ink jet type recording head, wherein a flow path unit for forming a flow path communicating with the nozzle opening is joined.

【0032】かかる第11の態様では、インクは流路ユ
ニットから圧力発生室に供給され、ノズル開口から吐出
される。
In the eleventh aspect, the ink is supplied from the flow channel unit to the pressure generating chamber, and is discharged from the nozzle opening.

【0033】本発明の第12の態様は、第11の態様に
おいて、前記流路ユニットが前記流路形成基板の前記圧
力発生室開口側に接合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の製造方法にある。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the ink jet recording head according to the eleventh aspect, the flow path unit is joined to the flow path forming substrate on the pressure generating chamber opening side. In the manufacturing method.

【0034】かかる第12の態様では、流路ユニットか
らのインクは圧力発生室の開口側から供給される。
In the twelfth aspect, the ink from the flow channel unit is supplied from the opening side of the pressure generating chamber.

【0035】本発明の第13の態様は、第11の態様に
おいて、前記流路ユニットが前記流路形成基板の前記圧
電素子形成側に接合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の製造方法にある。
A thirteenth aspect of the present invention is the manufacturing method of the ink jet recording head according to the eleventh aspect, wherein the flow path unit is joined to the flow path forming substrate on the side where the piezoelectric element is formed. In the way.

【0036】かかる第13の態様では、流路ユニットか
らのインクは圧電素子形成側に開口する連通路を介して
圧力発生室に供給される。
In the thirteenth aspect, the ink from the flow channel unit is supplied to the pressure generating chamber via the communication path that opens on the side where the piezoelectric element is formed.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】図1は、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を示す組立斜視図であ
り、図2(a)及び(b)は、その1つの圧力発生室の
長手方向及びそれに交差する方向におけるそれぞれの断
面構造を示す図である。
FIG. 1 is an assembled perspective view showing an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are longitudinal views of one of the pressure generating chambers. It is a figure which shows each cross-section in the direction and the direction which intersects it.

【0038】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.

【0039】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.

【0040】一方、流路形成基板10の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
複数の隔壁11により区画された圧力発生室12の列1
3が2列と、2列の圧力発生室12の三方を囲むように
略コ字状に配置されたリザーバ14と、各圧力発生室1
2とリザーバ14とを一定の流体抵抗で連通するインク
供給口15がそれぞれ形成されている。なお、リザーバ
14の略中央部には、外部から当該リザーバ14にイン
クを供給するためのインク導入口16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,
Row 1 of pressure generating chambers 12 partitioned by a plurality of partition walls 11
3 are arranged in a substantially U-shape so as to surround three rows of the two rows of pressure generating chambers 12, and each of the pressure generating chambers 1.
An ink supply port 15 for communicating the reservoir 2 with the reservoir 14 at a constant fluid resistance is formed. Note that an ink inlet 16 for supplying ink to the reservoir 14 from the outside is formed at a substantially central portion of the reservoir 14.

【0041】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.

【0042】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。ここで、弾性膜50は、
シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵
される量がきわめて小さい。また、各圧力発生室12の
一端に連通する各インク供給口15は、圧力発生室12
より浅く形成されている。すなわち、インク供給口15
は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチン
グ(ハーフエッチング)することにより形成されてい
る。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整
により行われる。
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. Here, the elastic film 50 is
The amount attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small. Further, each ink supply port 15 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is connected to one of the pressure generating chambers 12.
It is formed shallower. That is, the ink supply port 15
Is formed by etching (half-etching) the silicon single crystal substrate halfway in the thickness direction. Note that the half etching is performed by adjusting the etching time.

【0043】また、流路形成基板10の開口面側には、
各圧力発生室12のインク供給口15とは反対側で連通
するノズル開口17が穿設されたノズルプレート18が
接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。な
お、ノズルプレート18は、厚さが例えば、0.1〜1
mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜
4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、又
は不錆鋼などからなる。ノズルプレート18は、一方の
面で流路形成基板10の一面を全面的に覆い、シリコン
単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果
たす。
On the opening side of the flow path forming substrate 10,
A nozzle plate 18 in which a nozzle opening 17 communicating with the ink supply port 15 of each pressure generating chamber 12 on the opposite side is formed is fixed via an adhesive or a heat welding film. The thickness of the nozzle plate 18 is, for example, 0.1 to 1
mm, the coefficient of linear expansion is 300 ° C. or less, for example, 2.5 to
It is made of 4.5 [× 10 −6 / ° C.] glass-ceramic or non-rusting steel. The nozzle plate 18 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 on one surface, and also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impact and external force.

【0044】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室12の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口17の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
1インチ当たり360個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口17は数十μmの径で精度よく形成する必要が
ある。
Here, the size of the pressure generating chamber 12 for applying the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 17 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 17 need to be formed with a diameter of several tens of μm with high accuracy.

【0045】一方、流路形成基板10の開口面とは反対
側の弾性膜50の上には、厚さが例えば、約0.5μm
の下電極膜60と、厚さが例えば、約1μmの圧電体膜
70と、厚さが例えば、約0.1μmの上電極膜80と
が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子30
0を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極
膜60、圧電体膜70、及び上電極膜80を含む部分を
いう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極
を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜70を各圧力
発生室12毎にパターニングして構成する。そして、こ
こではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体
膜70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電
歪みが生じる部分を圧電体能動部320という。本実施
形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極と
し、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としてい
るが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障は
ない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体
能動部が形成されていることになる。また、ここでは、
圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位
が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称す
る。なお、上述した例では、弾性膜50及び下電極膜6
0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, on the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, a thickness of, for example, about 0.5 μm
A lower electrode film 60, a piezoelectric film 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are formed by lamination in a process to be described later.
0. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80. Generally, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric film 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric film 70 and in which a piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if the upper electrode film 80 is reversed for convenience of a drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Also, here
The combination of the piezoelectric element 300 and the vibration plate whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 is referred to as a piezoelectric actuator. In the example described above, the elastic film 50 and the lower electrode film 6
Although 0 functions as a diaphragm, the lower electrode film may also serve as an elastic film.

【0046】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板10上に、圧電体膜70等を形成するプロセス
を図3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.

【0047】図3(a)に示すように、まず、流路形成
基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約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. 3A, first, a wafer of a silicon single crystal substrate serving as the flow path forming substrate 10 is
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form an elastic film 50 made of silicon dioxide.

【0048】次に、図3(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成する。下電極膜60の材料
としては、Pt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. 3B, 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
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.

【0049】次に、図3(c)に示すように、圧電体膜
70を成膜する。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。なお、この圧電体膜70
の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリン
グ法で形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 3C, a piezoelectric film 70 is formed. In this embodiment, a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, and gelled,
Further, the film was formed using a so-called sol-gel method in which a piezoelectric film 70 made of a metal oxide was obtained by firing at a high temperature. 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. The piezoelectric film 70
The film forming method is not particularly limited, and may be formed by, for example, a sputtering method.

【0050】次に、図3(d)に示すように、上電極膜
80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料で
あればよく、Al、Au、Ni、Pt等の多くの金属
や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、P
tをスパッタリングにより成膜した。以上のようなプロ
セスによって、圧電素子300を構成する各層が形成さ
れる。
Next, as shown in FIG. 3D, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 only needs to be a material having high conductivity, and many metals such as Al, Au, Ni, and Pt, and a conductive oxide can be used. In the present embodiment, P
t was formed by sputtering. By the above-described processes, each layer constituting the piezoelectric element 300 is formed.

【0051】ここで、本実施形態では、少なくとも弾性
膜50、下電極膜60、圧電体膜70の膜応力に応じ
て、圧力発生室12の開口面積の最適な大きさを決定す
る。
Here, in the present embodiment, the optimal size of the opening area of the pressure generating chamber 12 is determined according to at least the film stress of the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric film 70.

【0052】まず、流路形成基板10上に、弾性膜5
0、下電極膜60、圧電体膜70及び上電極膜80を形
成した状態で、これらの膜応力を測定する。この膜応力
の測定方法としては、例えば、図4に示すように、流路
形成基板(ウェハ)10の所定の長さL1当りの流路形
成基板10の変形量D1を測定して、その値から算出す
ることができる。なお、本実施形態では、上電極膜80
を形成後、膜応力を測定するようにしたが、これに限定
されず、少なくとも圧電体膜70まで形成した後に膜応
力を測定するようにしてもよい。
First, the elastic film 5 is placed on the flow path forming substrate 10.
In a state where the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80 are formed, the film stresses thereof are measured. As a method of measuring the film stress, for example, as shown in FIG. 4, a deformation amount D 1 of the flow path forming substrate 10 per a predetermined length L 1 of the flow path forming substrate (wafer) 10 is measured. It can be calculated from that value. In the present embodiment, the upper electrode film 80
Is formed, the film stress is measured. However, the present invention is not limited to this. The film stress may be measured after at least the piezoelectric film 70 is formed.

【0053】次に、算出された膜応力に基づいて、圧力
発生室12の最適な大きさを決定する。本実施形態で
は、圧力発生室12の幅を変えることによって、圧力発
生室12の開口面積を最適な大きさとする。
Next, the optimum size of the pressure generating chamber 12 is determined based on the calculated film stress. In the present embodiment, by changing the width of the pressure generating chamber 12, the opening area of the pressure generating chamber 12 is optimized.

【0054】これは、流路形成基板上に形成された各層
の膜応力によるインクの吐出特性のばらつきを調整する
ために行う。すなわち、圧力発生室12を形成する際
に、膜応力によって圧力発生室12に対向する領域の弾
性膜が撓み変形に対応して、圧力発生室12内のインク
量を確保するために行う。
This is performed in order to adjust the variation in the ink ejection characteristics due to the film stress of each layer formed on the flow path forming substrate. That is, when the pressure generating chamber 12 is formed, this is performed in order to secure the ink amount in the pressure generating chamber 12 in response to the bending deformation of the elastic film in the region facing the pressure generating chamber 12 due to the film stress.

【0055】また、このような膜応力測定工程及び寸法
選択工程は、実際には、予め流路形成基板10の変形量
1を測定すると、変形量D1に対応した圧力発生室12
の大きさを決定した換算表等を参照することにより、圧
力発生室12の幅を決定する。例えば、本実施形態で
は、流路形成基板10の所定の長さL1=30mmとし
た場合の流路形成基板10の変形量がD1=30μmで
あるときの圧力発生室12の幅を基準として、圧力発生
室12の幅を増減する。すなわち、変形量D1の測定結
果に対応して圧力発生室12の最適な大きさを決定す
る。
In the film stress measuring step and the dimension selecting step, when the deformation amount D 1 of the flow path forming substrate 10 is measured in advance, the pressure generation chamber 12 corresponding to the deformation amount D 1 is actually measured.
The width of the pressure generating chamber 12 is determined by referring to a conversion table or the like in which the size of the pressure generation chamber 12 is determined. For example, in the present embodiment, the width of the pressure generating chamber 12 when the deformation amount of the flow path forming substrate 10 is D 1 = 30 μm when the predetermined length L 1 = 30 mm of the flow path forming substrate 10 is a reference. The width of the pressure generating chamber 12 is increased or decreased. That is, in response to the measurement results of the amount of deformation D 1 to determine the optimum size of the pressure generating chamber 12.

【0056】なお、このような流路形成基板(ウェハ)
10は、一番大きく変形する方向が基板の結晶方位によ
って決っている。したがって、変形量D1の測定は、こ
の一番大きく変形する方向で測定することが好ましい。
Note that such a flow path forming substrate (wafer)
In No. 10, the direction of the largest deformation is determined by the crystal orientation of the substrate. Therefore, the measurement of the deformation amount D 1 is preferably measured in the direction of the largest deformation.

【0057】また、本実施形態では、流路形成基板10
の変形量D1から膜応力を算出するようにしたが、これ
に限定されず、例えば、膜応力をX線回折等によって直
接測定するようにしてもよい。
In this embodiment, the flow path forming substrate 10
Although the deformation amount D 1 of the and to calculate the film stress is not limited to this, for example, may be measured directly film stress by X-ray diffraction or the like.

【0058】そして次に、図5に示すように、下電極膜
60、圧電体膜70及び上電極膜80をパターニングす
る。
Next, as shown in FIG. 5, the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned.

【0059】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をエッチングして圧電体能動部320の
パターニングを行う。
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, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched to pattern the piezoelectric active portion 320.

【0060】以上のように、下電極膜60等をパターニ
ングした後には、好ましくは、各上電極膜80の上面の
少なくとも周縁、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
形成する(図2参照)。
After patterning the lower electrode film 60 and the like as described above, preferably, at least the periphery of the upper surface of each upper electrode film 80, and the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60 are preferably formed.
Is formed so as to cover the side surfaces of the substrate (see FIG. 2).

【0061】そして、絶縁体層90の各圧電体能動部3
20のノズル開口11側の長手方向一端部に対応する部
分の一部には、コンタクトホール90aが形成されてい
る。そして、このコンタクトホール90aを介して各上
電極膜80に一端が接続し、また他端がACF(異方性
導電膜)等の接続端子部に延びるリード電極100が形
成されている。
Each of the piezoelectric active portions 3 of the insulator layer 90
A contact hole 90a is formed in a part of the portion corresponding to one longitudinal end of the nozzle opening 20 on the side of 20. One end is connected to each upper electrode film 80 through the contact hole 90a, and the other end is formed with a lead electrode 100 extending to a connection terminal portion such as an ACF (anisotropic conductive film).

【0062】このような絶縁体層及びリード電極100
の形成プロセスを図6に示す。
Such an insulator layer and the lead electrode 100
FIG.

【0063】まず、図6(a)に示すように、上電極膜
80の周縁部、圧電体膜70および下電極膜60の側面
を覆うように絶縁体層90を形成する。この絶縁体層9
0は、本実施形態ではネガ型の感光性ポリイミドを用い
ている。
First, as shown in FIG. 6A, an insulator layer 90 is formed so as to cover the periphery of the upper electrode film 80 and the side surfaces of the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60. This insulator layer 9
In this embodiment, 0 is a negative photosensitive polyimide.

【0064】次に、図6(b)に示すように、絶縁体層
90をパターニングすることにより、各圧力発生室12
の長手方向端部に対応する部分にコンタクトホール90
aを形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, by patterning the insulator layer 90, each of the pressure generating chambers 12 is formed.
A contact hole 90 is formed in a portion corresponding to the longitudinal end of the contact hole 90.
a is formed.

【0065】次に、例えば、Ti−Auなどの導電体を
全面に成膜した後、パターニングすることにより、リー
ド電極100を形成する。
Next, for example, a lead electrode 100 is formed by depositing a conductor such as Ti-Au on the entire surface and then patterning it.

【0066】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、図6(c)に示すように、前述
したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エ
ッチングを行い、圧力発生室12等を形成する。このと
き、各流路形成基板(ウェハ)10毎に、上述したよう
に決定された圧力発生室12の最適な大きさに対応した
マスクパターンを用いて、圧力発生室12を形成する。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 6C, the silicon single crystal substrate is subjected to anisotropic etching with the above-described alkali solution to form the pressure generating chamber 12 and the like. At this time, the pressure generating chambers 12 are formed for each of the flow path forming substrates (wafers) 10 using a mask pattern corresponding to the optimal size of the pressure generating chambers 12 determined as described above.

【0067】図7は、実施形態1にかかるインクジェッ
ト式記録ヘッドの要部平面図である。
FIG. 7 is a plan view of a main part of the ink jet recording head according to the first embodiment.

【0068】図7に示すように、本実施形態では、圧力
発生室12が、基準となる圧力発生室12Aの幅Wより
も広い幅W1として、開口面積が大きくなるように変更
されている。
[0068] As shown in FIG. 7, in this embodiment, the pressure generating chamber 12, as width W 1 than the width W of the pressure generating chamber 12A as a reference, has been modified so that the opening area increases .

【0069】ここで、基準となる圧力発生室12Aと
は、例えば、本実施形態では、上述したように、流路形
成基板(ウェハ)10の所定の長さL1=30mmの流
路形成基板10の変形量D1=30μmの場合のもので
あり、この基準となる圧力発生室12Aの幅Wを、例え
ば、50μmとしている。
Here, the pressure generating chamber 12A serving as a reference is, for example, in this embodiment, as described above, the flow path forming substrate (wafer) 10 having a predetermined length L 1 = 30 mm. for 10 deformation amount D 1 = 30 [mu] m of are of a width W of the pressure generating chamber 12A serving as the reference, for example, it is set to 50 [mu] m.

【0070】これに対して、本実施形態では、流路形成
基板10の変形量D1が基準のものよりも大きい、例え
ば、D1=40μmの場合、圧力発生室12を、例え
ば、幅W1=52.5μmで形成した。
On the other hand, in the present embodiment, when the deformation amount D 1 of the flow path forming substrate 10 is larger than the reference amount, for example, D 1 = 40 μm, the pressure generation chamber 12 is set to the width W, for example. 1 = 52.5 μm.

【0071】以上説明したように、流路形成基板(ウェ
ハ)10の変形量、すなわち、流路形成基板上に形成さ
れた膜の応力に応じて、膜応力が引張り側に大きい場合
には、圧電アクチュエータの剛性が小さく、そして変位
が大きくなるように圧力発生室12の大きさを最適な大
きさに決定する。これにより、圧力発生室12内のイン
ク量を確保することができ、また、各ヘッド毎の振動板
の剛性を略均一化することができる。これにより、圧電
素子300の駆動によるインクの吐出量及びインクの吐
出速度等の吐出特性を略均一化することができ、製造の
歩留りを著しく向上することができる。
As described above, when the film stress is large on the tensile side in accordance with the amount of deformation of the flow path forming substrate (wafer) 10, that is, the stress of the film formed on the flow path forming substrate, The size of the pressure generating chamber 12 is determined to be an optimal size so that the rigidity of the piezoelectric actuator is small and the displacement is large. Thereby, the amount of ink in the pressure generating chamber 12 can be secured, and the rigidity of the diaphragm for each head can be made substantially uniform. As a result, the ejection characteristics such as the ink ejection amount and the ink ejection speed by driving the piezoelectric element 300 can be made substantially uniform, and the production yield can be significantly improved.

【0072】なお、以上説明した一連の膜形成および異
方性エッチングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同
時に形成し、プロセス終了後、図1に示すような一つの
チップサイズの流路形成基板10毎に分割する。また、
分割した流路形成基板10にノズルプレート18を接着
してインクジェット式記録ヘッドとする。また、このよ
うに構成したインクジェット式記録ヘッドは、図示しな
い外部インク供給手段と接続したインク導入口16から
インクを取り込み、リザーバ14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12内の圧力が高
まりノズル開口17からインク滴が吐出する。
In the above-described series of film formation and anisotropic etching, a large number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after completion of the process, a flow path of one chip size as shown in FIG. It is divided for each forming substrate 10. Also,
The nozzle plate 18 is adhered to the divided flow path forming substrate 10 to form an ink jet recording head. The ink jet recording head thus configured takes in ink from an ink inlet 16 connected to an external ink supply unit (not shown), fills the interior from the reservoir 14 to the nozzle opening 11 with ink, and then fills the inside with ink (not shown). In accordance with a recording signal from an external drive circuit, 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 are flexibly deformed. By doing so, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle opening 17.

【0073】なお、本実施形態では圧力発生室12の幅
を変えることにより、圧力発生室12の開口面積を最適
な大きさにするようにしたが、これに限定されず、例え
ば、図8に示すように、圧力発生室12の長さを基準の
圧力発生室12Aの長さLよりも長いL1として、開口
面積を最適な大きさにするようにしてもよい。このよう
な構成によっても、上述の実施形態と同様に、ヘッドの
特性を略均一化することができる。
In this embodiment, the opening area of the pressure generating chamber 12 is optimized by changing the width of the pressure generating chamber 12. However, the present invention is not limited to this. For example, FIG. as shown, as long L 1 than the length L of the pressure generating chamber 12A of the reference length of the pressure generating chamber 12, it may be the optimum size of the opening area. With such a configuration, the characteristics of the head can be made substantially uniform, as in the above-described embodiment.

【0074】(実施形態2)図9は、実施形態2に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。
(Embodiment 2) FIG. 9 is a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 2.

【0075】本実施形態は、例えば、膜応力が基準値よ
りも大きい場合、圧力発生室12の大きさを変更する代
りに、圧電体能動部320幅方向両側の振動板の厚さを
薄くすることにより、振動板の剛性を低下させた例であ
る。
In the present embodiment, for example, when the film stress is larger than the reference value, instead of changing the size of the pressure generating chamber 12, the thickness of the diaphragm on both sides in the width direction of the piezoelectric body active portion 320 is reduced. This is an example in which the rigidity of the diaphragm is reduced.

【0076】本実施形態では、図9に示すように、圧力
発生室12は、基準の圧力発生室12Aと同一の大きさ
で形成し、膜応力に応じて、圧電体能動部320の幅方
向両側の下電極膜60の厚さtを、最適な厚さにするよ
うにした以外は、実施形態1と同様である。
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the pressure generating chamber 12 is formed to have the same size as the reference pressure generating chamber 12A, and the width of the piezoelectric active portion 320 in the width direction is changed according to the film stress. It is the same as the first embodiment except that the thickness t of the lower electrode films 60 on both sides is set to an optimum thickness.

【0077】このような構成によっても、振動板の応力
が大きすぎる場合には、振動板の剛性を低下させること
ができ、実施形態1と同様に、各ヘッド毎のインク吐出
特性を略均一化することができる。
With such a configuration, when the stress of the diaphragm is too large, the rigidity of the diaphragm can be reduced, and the ink discharge characteristics of each head can be made substantially uniform as in the first embodiment. can do.

【0078】なお、本実施形態では、圧電体能動部32
0の幅方向両側の下電極膜60の厚さ方向の一部を除去
するようにしたが、これに限定されず、下電極膜60の
厚さtは、各流路形成基板(ウェハ)10の変形量D1
に対応して決定されればよい。したがって、例えば、変
形量D1が比較的大きければ、それに対応して下電極膜
60を完全に除去して、t=0としてもよいし、また、
例えば、変形量D1がさらに大きい場合には、それに対
応して弾性膜50の厚さ方向の一部まで除去してもよ
い。
In this embodiment, the piezoelectric active portion 32
The thickness of the lower electrode film 60 is not limited to a part in the thickness direction of the lower electrode film 60 on both sides in the width direction. Deformation amount D 1
May be determined in correspondence with. Therefore, for example, if the deformation amount D 1 is relatively large, the lower electrode film 60 may be completely removed to set t = 0, and
For example, when the deformation amount D 1 is greater may be removed correspondingly to a part in the thickness direction of the elastic film 50.

【0079】(実施形態3)図10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図である。
(Embodiment 3) FIG. 10 is a sectional view of an essential part of an ink jet recording head according to Embodiment 3.

【0080】本実施形態では、図10に示すように、実
施形態2と同様、膜応力が基準値より大きい場合には、
圧力発生室12の大きさを基準の圧力発生室12Aと同
一の大きさとするが、各圧力発生室12とリザーバ14
とを連通するインク供給口15を、流路形成基板10の
変形量D1が基準値である場合のインク供 給路15Aよ
りも浅く形成している。なお、インク供給口15の深さ
は、エッチング時間を調整して、ハーフエッチングする
ことにより行えばよい。
In this embodiment, as shown in FIG.
Similar to Embodiment 2, when the film stress is larger than the reference value,
The size of the pressure generation chamber 12 is the same as that of the reference pressure generation chamber 12A.
Each pressure generating chamber 12 and the reservoir 14
The ink supply port 15 that communicates with the
Deformation amount D1Ink supply when is the reference value 15A
It is also shallow. The depth of the ink supply port 15
Adjust the etching time and perform half etching
It may be done by doing.

【0081】これにより、圧力発生室12のノズル開口
とは反対側の端部で、流路抵抗が大きくなるため、同一
条件での圧電素子の駆動であっても、吐出されるインク
量が増加する。したがって、このように、圧力発生室1
2のノズル開口とは反対側の端部での流路抵抗を変化さ
せることによっても、吐出性能を調整することができ、
上述の実施形態と同様に、各ヘッド毎の吐出特性を略均
一化することができる。
As a result, the flow path resistance increases at the end of the pressure generating chamber 12 opposite to the nozzle opening, so that even if the piezoelectric element is driven under the same conditions, the amount of ink ejected increases. I do. Therefore, as described above, the pressure generating chamber 1
The discharge performance can also be adjusted by changing the flow path resistance at the end opposite to the nozzle opening of No. 2,
As in the above-described embodiment, the ejection characteristics of each head can be made substantially uniform.

【0082】なお、本実施形態では、インク供給口15
の深さを変更することにより、流路抵抗を調整するよう
にしたが、これに限定されず、例えば、マスクパターン
を変更して、幅の異なるインク供給口としてもよい。
In this embodiment, the ink supply port 15
The flow path resistance is adjusted by changing the depth of the ink supply port. However, the present invention is not limited to this. For example, ink supply ports having different widths may be formed by changing a mask pattern.

【0083】(他の実施形態)以上、本発明の各実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other Embodiments) The embodiments of the present invention have been described above, but the basic structure of the ink jet recording head is not limited to the above.

【0084】また、例えば、上述した実施形態では、流
路形成基板10に圧力発生室12と共にリザーバ14を
形成しているが、共通インク室を形成する部材を流路形
成基板10に重ねて設けてもよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, the reservoir 14 is formed together with the pressure generating chamber 12 in the flow path forming substrate 10, but a member forming the common ink chamber is provided so as to overlap the flow path forming substrate 10. You may.

【0085】このように構成したインクジェット式記録
ヘッドの部分断面を図11に示す。この実施形態では、
ノズル開口11Aが穿設されたノズルプレート120A
と流路形成基板10Aとの間に、封止板160、共通イ
ンク室形成板170、薄肉板180及びインク室側板1
90が挟持され、これらを貫通するように、圧力発生室
12Aとノズル開口11Aとを連通するノズル連通口3
1が配されている。すなわち、封止板160、共通イン
ク室形成板170および薄肉板180とで共通インク室
32が画成され、各圧力発生室12Aと共通インク室3
2とは、封止板160に穿設されたインク連通孔33を
介して連通されている。また、封止板160には供給イ
ンク室32に外部からインクを導入するためのインク導
入孔34も穿設されている。また、薄肉板180とノズ
ルプレート120Aとの間に位置するインク室側板19
0には各供給インク室32に対向する位置に貫通部35
が形成されており、インク滴吐出の際に発生するノズル
開口11Aと反対側へ向かう圧力を、薄肉壁180が吸
収するのを許容するようになっており、これにより、他
の圧力発生室に、共通インク室32を経由して不要な正
又は負の圧力が加わるのを防止することができる。な
お、薄肉板180とインク室側板190とは一体に形成
されてもよい。
FIG. 11 shows a partial cross section of the ink jet recording head thus constructed. In this embodiment,
Nozzle plate 120A with nozzle openings 11A drilled
Sealing plate 160, common ink chamber forming plate 170, thin plate 180, and ink chamber side plate 1
The nozzle communication port 3 for communicating the pressure generating chamber 12A and the nozzle opening 11A so as to be sandwiched and penetrate therethrough.
1 is arranged. That is, the common ink chamber 32 is defined by the sealing plate 160, the common ink chamber forming plate 170, and the thin plate 180, and each of the pressure generating chambers 12A and the common ink chamber 3
2 is communicated through an ink communication hole 33 formed in the sealing plate 160. The sealing plate 160 is also provided with an ink introduction hole 34 for introducing ink into the supply ink chamber 32 from outside. Also, the ink chamber side plate 19 located between the thin plate 180 and the nozzle plate 120A.
0 is a penetration portion 35 at a position facing each supply ink chamber 32.
Is formed to allow the thin wall 180 to absorb the pressure, which is generated at the time of discharging the ink droplets, toward the side opposite to the nozzle opening 11A, thereby allowing other pressure generating chambers to absorb the pressure. In addition, unnecessary positive or negative pressure can be prevented from being applied via the common ink chamber 32. Note that the thin plate 180 and the ink chamber side plate 190 may be formed integrally.

【0086】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.

【0087】また、圧電素子とリード電極との間に絶縁
体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例え
ば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜を
熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続した
り、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング
技術を用いて接続したりする構成としてもよい。
Further, the example in which the insulator layer is provided between the piezoelectric element and the lead electrode has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, without providing the insulator layer, each of the upper electrodes may be anisotropically conductive. The film may be thermally welded, and the anisotropic conductive film may be connected to a lead electrode, or may be connected using various bonding techniques such as wire bonding.

【0088】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.

【0089】[0089]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流路形成基板上に弾性膜、下電極膜、圧電体膜及び上電
極膜を形成後、これらの膜応力を測定し、その値に応じ
て、圧力発生室の大きさ、あるいは流路抵抗を調整する
ようにしたので、各ヘッド毎の圧電素子の駆動による振
動板の変形量を略均一化することができる。したがっ
て、各ヘッド毎のインク吐出性能を略均一化することが
でき、歩留りを向上することができるという効果を奏す
る。
As described above, according to the present invention,
After forming an elastic film, a lower electrode film, a piezoelectric film, and an upper electrode film on the flow path forming substrate, these film stresses are measured, and the size of the pressure generating chamber or the flow path resistance is determined according to the value. Since the adjustment is performed, the amount of deformation of the diaphragm caused by driving the piezoelectric element of each head can be made substantially uniform. Therefore, the ink discharge performance of each head can be made substantially uniform, and the yield can be improved.

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

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

【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す図であり、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】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a thin-film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本実施形態の薄膜形成後の基板の変形状態を模
式的に示す側面図である。
FIG. 4 is a side view schematically showing a deformed state of a substrate after a thin film is formed according to the embodiment.

【図5】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す断面
図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a thin-film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a thin-film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部平面図である。
FIG. 7 is a plan view of a main part of the inkjet recording head according to the first embodiment of the invention.

【図8】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す要部平面図である。
FIG. 8 is a main part plan view showing a modification of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of an ink jet recording head according to a second embodiment of the invention.

【図10】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. 10 is a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to a third embodiment of the invention.

【図11】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. 11 is a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 上電極膜 90 絶縁体層 100 リード電極 300 圧電素子 320 圧電体能動部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 12 pressure generating chamber 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 90 insulating layer 100 lead electrode 300 piezoelectric element 320 piezoelectric active part

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 流路形成基板の一方面上に弾性膜、下電
極層、圧電体層及び上電極層を順次積層して各層をパタ
ーニングすることにより前記圧力発生室に対応する領域
に圧電素子を形成し、他方面側から前記流路形成基板を
エッチングしてノズル開口に連通する圧力発生室を形成
するインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、 前記流路形成基板上に、少なくとも前記弾性膜、前記下
電極層、前記圧電体層を形成後、前記流路形成基板上の
各層の膜応力を測定する膜応力測定工程と、当該膜応力
測定工程の結果に基づき前記圧力発生室及び当該圧力発
生室にインクを供給するインク供給路並びに前記各層の
パターニングの最適な寸法を決定する寸法選択工程とを
具備することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
の製造方法。
An elastic film, a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer are sequentially laminated on one surface of a flow path forming substrate, and each layer is patterned to form a piezoelectric element in a region corresponding to the pressure generating chamber. Forming a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening by etching the flow path forming substrate from the other surface side, at least the elastic film on the flow path forming substrate, After forming the lower electrode layer and the piezoelectric layer, a film stress measuring step of measuring a film stress of each layer on the flow path forming substrate; and the pressure generating chamber and the pressure generating chamber based on a result of the film stress measuring step. A method for manufacturing an ink jet recording head, comprising: an ink supply path for supplying ink to a chamber; and a dimension selecting step of determining an optimal dimension for patterning each of the layers.
【請求項2】 請求項1において、前記膜応力測定工程
では、前記流路形成基板の変形量を測定した測定結果か
ら前記各層の膜応力を算出することを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein in the film stress measuring step, the film stress of each of the layers is calculated from a measurement result obtained by measuring a deformation amount of the flow path forming substrate. .
【請求項3】 請求項1又は2において、前記寸法選択
工程では、前記圧力発生室の開口面積を最適な大きさに
決定することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein in the dimension selecting step, an opening area of the pressure generating chamber is determined to an optimal size.
【請求項4】 請求項3において、前記寸法選択工程で
は、前記圧力発生室の幅を最適な寸法にすることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein in the dimension selecting step, the width of the pressure generating chamber is set to an optimal dimension.
【請求項5】 請求項3又は4において、前記寸法選択
工程では、前記圧力発生室の長手方向の長さを最適な寸
法にすることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
の製造方法。
5. The method according to claim 3, wherein in the dimension selecting step, a length of the pressure generating chamber in a longitudinal direction is set to an optimal dimension.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記寸
法選択工程では、前記インク供給路の深さ及び幅の少な
くとも一方を変えることにより、前記インク供給路の流
路面積を最適な大きさにすることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein in the dimension selecting step, at least one of a depth and a width of the ink supply path is changed so that a flow path area of the ink supply path is optimized. A method for manufacturing an ink jet recording head.
【請求項7】 請求項1〜6の何れかにおいて、前記寸
法選択工程では、前記圧電素子の幅方向両側の前記弾性
膜及び前記下電極層の厚さを最適な寸法にすることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein in the dimension selecting step, the thicknesses of the elastic film and the lower electrode layer on both sides in the width direction of the piezoelectric element are set to optimal dimensions. Of producing an ink jet recording head.
【請求項8】 請求項1〜7の何れかにおいて、前記圧
電素子を構成する各層がゾル−ゲル法又はスパッタリン
グ法により形成されていることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドの製造方法。
8. A method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein each layer constituting said piezoelectric element is formed by a sol-gel method or a sputtering method.
【請求項9】 請求項1〜8の何れかにおいて、前記圧
力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングによ
り形成され、前記圧電素子の各層が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の製造方法。
9. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation and lithography. A method for manufacturing an ink jet recording head.
【請求項10】 請求項1〜9の何れかにおいて、前記
流路形成基板には前記圧力発生室に連通されるリザーバ
が画成され、前記ノズル開口を有するノズルプレートが
接合されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドの製造方法。
10. The flow path forming substrate according to claim 1, wherein a reservoir communicating with the pressure generating chamber is defined in the flow path forming substrate, and a nozzle plate having the nozzle opening is joined thereto. Of manufacturing an ink jet recording head.
【請求項11】 請求項1〜10の何れかにおいて、前
記流路形成基板には、前記圧力発生室にインクを供給す
る共通インク室と、前記圧力発生室と前記ノズル開口と
を連通する流路とを形成する流路ユニットが接合されて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製
造方法。
11. The flow channel forming substrate according to claim 1, wherein a common ink chamber for supplying ink to the pressure generating chamber and a flow communicating the pressure generating chamber and the nozzle opening are provided in the flow path forming substrate. A method of manufacturing an ink jet type recording head, wherein a flow path unit forming a path is joined to the flow path unit.
【請求項12】 請求項11において、前記流路ユニッ
トが前記流路形成基板の前記圧力発生室開口側に接合さ
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
の製造方法。
12. The method according to claim 11, wherein the flow path unit is joined to the flow path forming substrate on the pressure generating chamber opening side.
【請求項13】 請求項11において、前記流路ユニッ
トが前記流路形成基板の前記圧電素子形成側に接合され
ていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの
製造方法。
13. The method according to claim 11, wherein the flow path unit is joined to the flow path forming substrate on the side where the piezoelectric element is formed.
JP25583998A 1998-09-09 1998-09-09 Manufacture of ink jet type recording head Pending JP2000085133A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25583998A JP2000085133A (en) 1998-09-09 1998-09-09 Manufacture of ink jet type recording head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25583998A JP2000085133A (en) 1998-09-09 1998-09-09 Manufacture of ink jet type recording head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000085133A true JP2000085133A (en) 2000-03-28

Family

ID=17284318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25583998A Pending JP2000085133A (en) 1998-09-09 1998-09-09 Manufacture of ink jet type recording head

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000085133A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1139301A2 (en) 2000-03-24 2001-10-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. An apparatus for identity verification, a system for identity verification, a card for identity verification and a method for identity verification based on identification by biometrics
JP2005027404A (en) * 2003-06-30 2005-01-27 Kyocera Corp Piezoelectric actuator and ink jet head
JP2008265353A (en) * 2004-06-29 2008-11-06 Brother Ind Ltd Liquid transporting device
JP2010253691A (en) * 2009-04-21 2010-11-11 Konica Minolta Holdings Inc Inkjet head

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1139301A2 (en) 2000-03-24 2001-10-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. An apparatus for identity verification, a system for identity verification, a card for identity verification and a method for identity verification based on identification by biometrics
JP2005027404A (en) * 2003-06-30 2005-01-27 Kyocera Corp Piezoelectric actuator and ink jet head
JP2008265353A (en) * 2004-06-29 2008-11-06 Brother Ind Ltd Liquid transporting device
JP2010253691A (en) * 2009-04-21 2010-11-11 Konica Minolta Holdings Inc Inkjet head

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3725390B2 (en) Inkjet recording head and inkjet recording apparatus
JP2000246888A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP3522163B2 (en) Inkjet recording head and inkjet recording apparatus
JPH11300971A (en) Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP3610811B2 (en) Inkjet recording head and inkjet recording apparatus
JP2000263785A (en) Actuator apparatus and its manufacture and ink jet type recording head and ink jet type recording apparatus
JP2000141644A (en) Ink jet recording head and ink jet recorded
JP2000085133A (en) Manufacture of ink jet type recording head
JP3551748B2 (en) Ink jet recording head
JP2000006398A (en) Ink jet recording head, manufacture thereof, and ink jet recorder
JPH11309867A (en) Manufacture of ink jet recording head
JPH11179903A (en) Actuator and ink jet recording head
JPH11138809A (en) Actuator and ink-jet type recording head
JP2000127382A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JPH11291495A (en) Ink jet recording head and manufacture thereof
JP3750709B2 (en) Inkjet recording head
JP2000062173A (en) Ink jet recording head, manufacture thereof and ink jet recorder
JPH11309858A (en) Ink jet recording head, driving method therefor and ink jet recorder
JPH11300961A (en) Ink jet recording head and its production
JP3603933B2 (en) Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP3374900B2 (en) Ink jet recording head
JP3541638B2 (en) Ink jet recording head
JP2000108347A (en) Ink jet recording head, manufacture thereof and ink jet recorder
JP2004066537A (en) Process for manufacturing liquid ejection head
JP2000006399A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder