JP2002046281A - Ink jet recording head and its manufacturing method and ink jet recorder - Google Patents

Ink jet recording head and its manufacturing method and ink jet recorder

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JP2002046281A
JP2002046281A JP2000233245A JP2000233245A JP2002046281A JP 2002046281 A JP2002046281 A JP 2002046281A JP 2000233245 A JP2000233245 A JP 2000233245A JP 2000233245 A JP2000233245 A JP 2000233245A JP 2002046281 A JP2002046281 A JP 2002046281A
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Japan
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flow path
piezoelectric element
substrate
ink jet
path forming
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JP2000233245A
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Japanese (ja)
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Yutaka Furuhata
豊 古畑
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Seiko Epson Corp
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Publication date
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    • B41J2/14233Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14241Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
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    • B41J2002/14491Electrical connection

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head in which pressure generating chambers can be arranged with high density while enhancing the rigidity of a barrier wall, its manufacturing method and an ink jet recorder. SOLUTION: The ink jet recording head comprises a channel forming substrate 10 of single crystal silicon in which pressure generating chambers 12 communicating with nozzle openings are defined, and a piezoelectric element 300 comprising a lower electrode 60, a piezoelectric layer 70 and an upper electrode 80 provided on one face side of the channel forming substrate 10 through a diaphragm. A bonding substrate 30 of single crystal silicon being bonded to the piezoelectric element 300 side of the channel forming substrate 10 through a sealing member 40 is provided and an integrated circuit 31 is formed integrally in a region facing the piezoelectric element 300 on the side of the substrate 30 being bonded to the channel forming substrate 10.

Description

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

【0001】[0001]

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

【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、圧力発
生室を形成する基板として、例えば、直径が6〜12イ
ンチ程度の比較的大きなものを用いようとする場合、ハ
ンドリング等の問題により基板の厚さを厚くせざるを得
ず、それに伴い圧力発生室の深さも深くなってしまう。
そのため、各圧力発生室を区画する隔壁の厚さを厚くし
ないと十分な剛性が得られず、クロストークが発生し、
所望の吐出特性が得られないという問題がある。
However, when a relatively large substrate having a diameter of, for example, about 6 to 12 inches is to be used as a substrate for forming the pressure generating chamber, the thickness of the substrate may be reduced due to problems such as handling. Therefore, the pressure generating chamber must be made deeper.
Therefore, sufficient rigidity cannot be obtained unless the thickness of the partition wall that partitions each pressure generation chamber is increased, and crosstalk occurs,
There is a problem that desired ejection characteristics cannot be obtained.

【0008】本発明は、このような事情に鑑み、隔壁の
剛性を向上すると共に圧力発生室を高密度に配設するこ
とのできるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方
法並びにインクジェット式記録装置を提供することを課
題とする。
In view of such circumstances, the present invention provides an ink jet recording head, a method of manufacturing the same, and an ink jet recording apparatus capable of improving the rigidity of the partition wall and arranging the pressure generating chambers at a high density. That is the task.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第1の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が
画成される単結晶シリコンからなる流路形成基板と、該
流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下
電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備す
るインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成
基板の前記圧電素子側に封止部材を介して接合される単
結晶シリコンからなる接合基板を有し、該接合基板の前
記流路形成基板との接合面側の前記圧電素子に対向する
領域には、集積回路が一体的に形成されていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate made of single-crystal silicon, in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is defined; In an ink jet recording head including a lower electrode provided on one surface side of a formation substrate via a vibration plate, a piezoelectric element including a piezoelectric layer and an upper electrode, sealing is provided on the piezoelectric element side of the flow path formation substrate. An integrated circuit is integrally formed in a region opposed to the piezoelectric element on a bonding surface side of the bonding substrate with the flow path forming substrate, the bonding substrate including a single crystal silicon bonded through a member. An ink jet recording head is characterized in that:

【0010】かかる第1の態様では、圧電素子と集積回
路とを比較的容易に接続でき、且つヘッドを小型化する
ことができる。また、集積回路が一体的に形成された接
合基板が流路形成基板に接合されているため、流路形成
基板の厚さを薄くして圧力発生室の高さを低くすること
ができる。
In the first aspect, the piezoelectric element and the integrated circuit can be connected relatively easily, and the size of the head can be reduced. Further, since the joining substrate on which the integrated circuit is integrally formed is joined to the flow path forming substrate, the thickness of the flow path forming substrate can be reduced, and the height of the pressure generating chamber can be reduced.

【0011】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記圧電素子を構成する前記下電極又は上電極の何
れか一方には導電部材が接続されており、該導電部材が
前記集積回路の接続配線に当接することにより、前記圧
電素子と前記集積回路とが電気的に接続されていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a conductive member is connected to one of the lower electrode and the upper electrode constituting the piezoelectric element, and the conductive member is integrated with the integrated device. The ink jet recording head is characterized in that the piezoelectric element and the integrated circuit are electrically connected by contacting a connection wire of a circuit.

【0012】かかる第2の態様では、流路形成基板と接
合基板とを接合することで、導電部材と集積回路の接続
配線とが当接させることができるので、圧電素子と集積
回路とを電気的に容易に接続することができる。
In the second aspect, since the conductive member and the connection wiring of the integrated circuit can be brought into contact by joining the flow path forming substrate and the joining substrate, the piezoelectric element and the integrated circuit are electrically connected. Can be easily connected.

【0013】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記圧電素子は、前記接合基板と前記封止部
材によって画成される空間内に封止されていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the piezoelectric element is sealed in a space defined by the bonding substrate and the sealing member. Ink-jet recording head.

【0014】かかる第3の態様では、圧電素子が外部環
境と遮断されるため、大気中の水分等の外部環境に起因
する圧電素子の破壊が防止される。
In the third aspect, since the piezoelectric element is isolated from the external environment, the piezoelectric element is prevented from being broken due to the external environment such as moisture in the atmosphere.

【0015】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記封止部材が接着剤であることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
A fourth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to third aspects, wherein the sealing member is an adhesive.

【0016】かかる第4の態様では、流路形成基板と接
合基板とを接着剤によって容易に接合することができ
る。
In the fourth aspect, the flow path forming substrate and the bonding substrate can be easily bonded by the adhesive.

【0017】本発明の第5の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記封止部材が酸化シリコン又はガラ
スからなり、前記流路形成基板と前記接合基板とが前記
封止部材を介して陽極接合によって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にある。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the sealing member is made of silicon oxide or glass, and the flow path forming substrate and the joining substrate are formed of the sealing member. Characterized in that they are joined by anodic joining via an ink jet recording head.

【0018】かかる第5の態様では、流路形成基板と接
合基板とを容易且つ確実に接合することができる。
In the fifth aspect, the flow path forming substrate and the bonding substrate can be easily and reliably bonded.

【0019】本発明の第6の態様は、第2〜5の何れか
の態様において、前記導電部材が、一端が前記一方の電
極に接続されると共に他端が前記流路形成基板上に固定
されたボンディングワイヤであることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドにある。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the second to fifth aspects, the conductive member has one end connected to the one electrode and the other end fixed to the flow path forming substrate. And a bonding wire.

【0020】かかる第6の態様では、ボンディングワイ
ヤを介して圧電素子と集積回路とが電気的に接続され
る。
In the sixth aspect, the piezoelectric element and the integrated circuit are electrically connected via the bonding wire.

【0021】本発明の第7の態様は、第1〜6の何れか
の態様において、前記圧力発生室が異方性エッチングに
より形成され、前記振動板及び前記圧電素子を構成する
各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたもので
あることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching, and each of the layers constituting the diaphragm and the piezoelectric element is formed. And an ink jet recording head formed by a lithography method.

【0022】かかる第7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 seventh aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0023】本発明の第8の態様は、第1〜7の何れか
の態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを
特徴とするインクジェット式記録装置にある。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to seventh aspects.

【0024】かかる第8の態様では、ヘッドのインク吐
出特性を向上したインクジェット式記録装置を実現でき
る。
According to the eighth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus in which the ink ejection characteristics of the head are improved.

【0025】本発明の第9の態様は、単結晶シリコンか
らなりノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流
路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介
して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧
電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合さ
れる単結晶シリコンからなる接合基板とを具備するイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記流路
形成基板上に前記振動板を介して前記下電極、前記圧電
体層及び前記上電極を積層及びパターニングして前記圧
電素子を形成する工程と、前記接合基板の一方面の前記
圧電素子に対向する領域に集積回路を一体的に形成する
工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側と前記接合
基板の前記集積回路側とを封止部材を介して接合する工
程と、前記流路形成基板及び前記接合基板を所定の厚さ
に加工する工程と、前記圧力発生室を形成する工程とを
有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 ninth aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate formed of single crystal silicon and defining a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and a vibrating plate provided on one side of the flow path forming substrate. For manufacturing an ink jet type recording head, comprising: a piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode provided by way of example; and a bonding substrate made of single crystal silicon bonded to the piezoelectric element side of the flow path forming substrate. A step of laminating and patterning the lower electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode via the vibration plate on the flow path forming substrate to form the piezoelectric element, and forming the piezoelectric element on one surface of the bonding substrate. A step of integrally forming an integrated circuit in a region facing the piezoelectric element, and a step of joining the piezoelectric element side of the flow path forming substrate and the integrated circuit side of the joining substrate via a sealing member, The channel type A step of processing the substrate and the bonded substrate to a predetermined thickness, in the manufacturing method of the ink jet recording head, characterized by a step of forming the pressure generating chamber.

【0026】かかる第9の態様では、流路形成基板に接
合基板を接合し、その後流路形成基板を所定の厚さに加
工するようにしたので、流路形成基板の厚さを比較的容
易に薄くすることができる。
In the ninth aspect, the bonding substrate is bonded to the flow path forming substrate, and then the flow path forming substrate is processed to a predetermined thickness. Can be made thinner.

【0027】本発明の第10の態様は、第9の態様にお
いて、前記圧力発生室を形成する工程では、前記流路形
成基板をエッチングすることによって前記圧力発生室を
形成すると共に、前記接合基板をエッチングすることに
より前記圧力発生室にインクを供給する流路を形成する
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 tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, in the step of forming the pressure generating chamber, the pressure generating chamber is formed by etching the flow path forming substrate, and the bonding substrate is formed. And forming a flow path for supplying ink to the pressure generating chamber by etching the pressure generating chamber.

【0028】かかる第10の態様では、圧力発生室とこ
の圧力発生室にインクを供給する流路とを同時に形成す
るため、製造工程が簡略化される。
In the tenth aspect, since the pressure generating chamber and the flow path for supplying ink to the pressure generating chamber are formed at the same time, the manufacturing process is simplified.

【0029】本発明の第11の態様は、第9又は10の
態様において、導電性を有しその一端が前記圧電素子を
構成する前記下電極又は上電極の何れか一方に接続され
る導電部材を設け、前記流路形成基板と前記接合基板と
を接合する際に、前記導電部材と前記集積回路の接続配
線とを接触させることにより、前記圧電素子と前記集積
回路とを電気的に接続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 an eleventh aspect of the present invention, in the ninth or tenth aspect, a conductive member having conductivity and having one end connected to one of the lower electrode and the upper electrode constituting the piezoelectric element. When the flow path forming substrate and the bonding substrate are bonded, the piezoelectric element and the integrated circuit are electrically connected by contacting the conductive member and a connection wiring of the integrated circuit. A method for manufacturing an ink jet recording head, characterized in that:

【0030】かかる第11の態様では、流路形成基板と
接合基板とを接合することにより、同時に、圧電素子と
駆動回路とが電気的に接続されるため、製造工程を簡略
化することができる。
In the eleventh aspect, since the piezoelectric element and the drive circuit are electrically connected at the same time by joining the flow path forming substrate and the joining substrate, the manufacturing process can be simplified. .

【0031】本発明の第12の態様は、第11の態様に
おいて、前記圧力発生室を形成する工程では、前記流路
形成基板をエッチングすることによって前記圧力発生室
を形成すると共に、前記接合基板をエッチングすること
により前記圧電素子を構成する他方の電極と外部配線と
を接続する接続口を形成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 twelfth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, in the step of forming the pressure generating chamber, the pressure generating chamber is formed by etching the flow path forming substrate, and the bonding substrate is formed. And forming a connection port for connecting the other electrode constituting the piezoelectric element and an external wiring by etching the piezoelectric element.

【0032】かかる第12の態様では、圧力発生室と共
に圧電素子の電極と外部配線とを接続する接続口が同時
に形成されるため、製造工程が簡略化される。
In the twelfth aspect, since the connection port for connecting the electrode of the piezoelectric element and the external wiring is formed simultaneously with the pressure generating chamber, the manufacturing process is simplified.

【0033】本発明の第13の態様は、第9〜12の何
れかの態様において、前記封止部材がガラス、又は前記
流路形成基板及び前記接合基板のそれぞれの接合面側に
設けられた酸化シリコン層であり、当該封止部材を介し
て前記流路形成基板と前記接合基板とを陽極接合により
接合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 thirteenth aspect of the present invention, in any one of the ninth to twelfth aspects, the sealing member is provided on glass, or on a joint surface side of each of the flow path forming substrate and the joint substrate. A method for manufacturing an ink jet recording head, comprising a silicon oxide layer, wherein the flow path forming substrate and the bonding substrate are bonded by anodic bonding via the sealing member.

【0034】かかる第13の態様では、流路形成基板と
接合基板とを容易且つ確実に接合することができる。
In the thirteenth aspect, the flow path forming substrate and the bonding substrate can be easily and reliably bonded.

【0035】[0035]

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

【0036】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図2は、インクジェット式記録ヘッドの1つの
圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図であ
る。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal view of one pressure generating chamber of the ink jet recording head. It is a figure showing a section structure.

【0037】図示するように、流路形成基板10は、例
えば、50〜150μmの厚さの単結晶シリコン基板か
らなり、その一方面は開口面となり、他方面には予め熱
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。
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is composed of, for example, a single crystal silicon substrate having a thickness of 50 to 150 μm, one surface of which is an opening surface, and the other surface of which is formed of a dioxide previously formed by thermal oxidation. It is made of silicon and has a thickness of 0.
An elastic film 50 having a thickness of 1 to 2 μm is formed.

【0038】流路形成基板10の開口面には、異方性エ
ッチングにより複数の隔壁11によって区画された圧力
発生室12が形成されている。また、各圧力発生室12
の長手方向一端部には、各圧力発生室12の共通のイン
ク室であるリザーバ13が形成され、インク供給路14
を介して各圧力発生室12と連通されている。
A pressure generating chamber 12 partitioned by a plurality of partition walls 11 is formed on the opening surface of the flow path forming substrate 10 by anisotropic etching. Further, each pressure generating chamber 12
A reservoir 13, which is a common ink chamber of each pressure generating chamber 12, is formed at one longitudinal end of the ink supply path 14.
Are communicated with the respective pressure generating chambers 12 through the air.

【0039】なお、これらリザーバ13及びインク供給
路14は、圧力発生室12と共に異方性エッチングによ
って形成されている。また、インク供給路14は、圧力
発生室12のインクの流出入を制御するためのものであ
り、圧力発生室12及びリザーバ13よりも浅く形成さ
れている。
The reservoir 13 and the ink supply path 14 are formed together with the pressure generating chamber 12 by anisotropic etching. The ink supply path 14 is for controlling the flow of ink into and out of the pressure generation chamber 12 and is formed shallower than the pressure generation chamber 12 and the reservoir 13.

【0040】ここで、異方性エッチングは、単結晶シリ
コン基板を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 single crystal silicon 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 are formed. 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.

【0041】本実施形態では、各圧力発生室12の長辺
を第1の(111)面で、短辺を第2の(111)面で
形成している。この圧力発生室12は、流路形成基板1
0をほぼ貫通して弾性膜50に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。なお、弾性膜50は、シ
リコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵さ
れる量がきわめて小さい。
In this embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane, and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generating chamber 12 is provided on the flow path forming substrate 1.
It is formed by etching until it reaches the elastic film 50 almost through 0. The amount of the elastic film 50 that is attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small.

【0042】この流路形成基板10の開口面側には、各
圧力発生室12のインク供給路14とは反対側で連通す
るノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が接
着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。な
お、ノズルプレート20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20は、一方の
面で流路形成基板10の一面を全面的に覆い、シリコン
単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果
たす。また、ノズルプレート20は、流路形成基板10
と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよ
い。この場合には、流路形成基板10とノズルプレート
20との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の
接着剤等を用いて容易に接合することができる。
A nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the pressure supply chamber 12 on the opposite side of the ink supply path 14 is provided on the opening side of the flow path forming substrate 10 with an adhesive or heat welding. It is fixed via a film or the like. The thickness of the nozzle plate 20 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 20 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. Further, the nozzle plate 20 is connected to the flow path forming substrate 10.
May be formed of a material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the material. In this case, since the deformation of the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 due to heat become substantially the same, it is possible to easily join them using a thermosetting adhesive or the like.

【0043】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室12の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口21の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
1インチ当たり360個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口21は数十μmの直径で精度よく形成する必要
がある。
Here, the size of the pressure generating chamber 12 for applying the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 21 for ejecting the ink droplet depend on the amount of the ejected ink droplet, the ejection speed, and the ejection frequency. Optimized. For example,
When recording 360 ink droplets per inch, the nozzle openings 21 need to be formed with a diameter of several tens of μm with high accuracy.

【0044】一方、流路形成基板10の弾性膜50上に
は、厚さが例えば、約0.2〜0.5μmの下電極膜6
0と、厚さが例えば、約1μmの圧電体層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300を構成して
いる。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電
体層70及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的に
は、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極と
し、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎
にパターニングして構成する。そして、ここではパター
ニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構
成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる
部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜
60を圧電素子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弾性膜とを
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60が振動板として作
用するが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよ
い。
On the other hand, the lower electrode film 6 having a thickness of, for example, about 0.2 to 0.5 μm is formed on the elastic film 50 of the flow path forming substrate 10.
0, a piezoelectric layer 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 described later to form the piezoelectric element 300. I have. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each of the pressure generating chambers 12. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which a piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is 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. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the elastic film whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator. In the example described above, the elastic film 50 and the lower electrode film 60 function as a diaphragm, but the lower electrode film may also serve as the elastic film.

【0045】また、流路形成基板10の圧電素子300
側、本実施形態では、弾性膜50及び下電極膜60上に
は、封止部材40を介して接合基板30が形成されてい
る。
The piezoelectric element 300 of the flow path forming substrate 10
On the side, in the present embodiment, the bonding substrate 30 is formed on the elastic film 50 and the lower electrode film 60 via the sealing member 40.

【0046】この接合基板30は、150μm以上の厚
さを有する単結晶シリコン基板からなり、圧電素子30
0に対向する領域には、所定の集積回路(IC)、例え
ば、本実施形態では、圧電素子300を駆動するための
駆動回路31が一体的に形成されている。なお、この駆
動回路31は、本実施形態では、単結晶シリコン基板か
らなる接合基板30に半導体プロセスによって一体的に
形成された半導体集積回路である。
The bonding substrate 30 is made of a single crystal silicon substrate having a thickness of 150 μm or more.
A predetermined integrated circuit (IC), for example, a drive circuit 31 for driving the piezoelectric element 300 in the present embodiment is integrally formed in a region facing 0. In the present embodiment, the drive circuit 31 is a semiconductor integrated circuit formed integrally with a bonding substrate 30 made of a single crystal silicon substrate by a semiconductor process.

【0047】また、この駆動回路31と圧電素子300
の上電極膜80とは、上電極膜80上に設けられたリー
ド電極90を介して電気的に接続されている。すなわ
ち、流路形成基板10と接合基板30とを封止部材40
を介して接合する際に、リード電極90と駆動回路31
とを接触させることにより、上電極膜80と駆動回路3
1とがリード電極90を介して電気的に接続される。
The driving circuit 31 and the piezoelectric element 300
The upper electrode film 80 is electrically connected via a lead electrode 90 provided on the upper electrode film 80. That is, the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30 are sealed with the sealing member 40.
When joining via the lead electrode 90 and the drive circuit 31
And the upper electrode film 80 and the drive circuit 3
1 are electrically connected via a lead electrode 90.

【0048】また、この接合基板30及び封止部材40
によって、圧電素子300に対向する領域には、その運
動を阻害しない程度の空間を確保した状態でこの空間を
密封可能な圧電素子保持部41及び圧力発生室12の共
通のインク室であるリザーバ13にインクを供給するた
めのインク導入路42が形成され、さらに、圧電素子3
00の共通電極である下電極膜60及び駆動回路31の
駆動用信号線と外部配線とを接続する接続口43が画成
されている。
The bonding substrate 30 and the sealing member 40
Accordingly, in a region opposed to the piezoelectric element 300, a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is secured, and the reservoir 13 is a common ink chamber for the piezoelectric element holding portion 41 and the pressure generating chamber 12 that can seal this space. An ink introduction path 42 for supplying ink to the piezoelectric element 3 is formed.
A connection port 43 for connecting the lower electrode film 60 as a common electrode of 00 and a driving signal line of the driving circuit 31 to an external wiring is defined.

【0049】また、本実施形態では、例えば、図3に示
すように、接合基板30の流路形成基板10との接合面
側には、圧電素子300の並設方向の端部近傍に、駆動
回路31とFPC等の外部配線100とを接続するため
の接続配線32が形成されており、接続配線32と外部
配線とは、異方性導電材(ACF)等からなる接続層3
3を介して電気的に接続されている。なお、接続配線3
2は接続口43に配線を延設させて形成してもよい。こ
の場合には、下電極膜60と駆動回路用の信号線が一括
で実装でき、実装工程の簡略化とヘッドの小型化を図る
ことができる。
In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 3, the driving surface of the bonding substrate 30 on the bonding surface side with the flow path forming substrate 10 is located near the end of the piezoelectric element 300 in the juxtaposition direction. A connection wiring 32 for connecting a circuit 31 and an external wiring 100 such as an FPC is formed. The connection wiring 32 and the external wiring are connected to a connection layer 3 made of an anisotropic conductive material (ACF) or the like.
3 are electrically connected. In addition, connection wiring 3
2 may be formed by extending a wiring at the connection port 43. In this case, the lower electrode film 60 and the signal line for the driving circuit can be mounted collectively, so that the mounting process can be simplified and the head can be downsized.

【0050】ここで、本実施形態のインクジェット式記
録ヘッドの製造工程について説明する。なお、図4〜図
6は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。ま
た、図4の(a)〜(c)は、流路形成基板10の断面
図であり、(d)は、接合基板30の断面図である。
Here, the manufacturing process of the ink jet recording head of this embodiment will be described. 4 to 6 are cross-sectional views of the pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction. 4A to 4C are cross-sectional views of the flow path forming substrate 10, and FIG. 4D is a cross-sectional view of the bonding substrate 30.

【0051】まず、図4(a)に示すように、所定の厚
さ、本実施形態では、220μm程度の流路形成基板1
0となる単結晶シリコン基板のウェハを約1100℃の
拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜50
を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, the flow path forming substrate 1 having a predetermined thickness, in this embodiment, about 220 μm.
The elastic film 50 made of silicon dioxide is obtained by thermally oxidizing a single crystal silicon substrate wafer which becomes zero in a diffusion furnace at about 1100 ° C.
To form

【0052】次に、図4(b)に示すように、この弾性
膜50上に下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜8
0を順次積層し、パターニングすることにより圧電素子
300を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 8 are formed on the elastic film 50.
The piezoelectric elements 300 are formed by sequentially laminating and patterning 0s.

【0053】すなわち、まず、弾性膜50上にスパッタ
リングで下電極膜60を形成する。この下電極膜60の
材料としては、白金等が好適である。これは、スパッタ
リング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層70
は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜
1000℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があ
るからである。すなわち、下電極膜60の材料は、この
ような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければ
ならず、殊に、圧電体層70としてチタン酸ジルコン酸
鉛(PZT)を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導
電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から
白金が好適である。
That is, first, the lower electrode film 60 is formed on the elastic film 50 by sputtering. As a material of the lower electrode film 60, platinum or the like is preferable. This is because a piezoelectric layer 70 described later formed by a sputtering method or a sol-gel method is formed.
Is from 600 to 600 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after film formation.
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 1000 ° C. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity under such a high temperature and oxidizing atmosphere. In particular, when the piezoelectric layer 70 is made of lead zirconate titanate (PZT), It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of lead oxide is small, and for these reasons, platinum is preferred.

【0054】次に、下電極膜60上に圧電体層70を成
膜する。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に
溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、
さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体
層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成し
た。圧電体層70の材料としては、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、この圧電体層70の成膜方法は、特に限定さ
れず、例えば、スパッタリング法又はMOD法(有機金
属熱塗布分解法)等のスピンコート法により成膜しても
よい。
Next, a piezoelectric layer 70 is formed on the lower electrode film 60. For example, in the present embodiment, a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a catalyst is applied, dried and gelled,
The piezoelectric layer 70 made of a metal oxide is obtained by firing at a higher temperature, that is, by using a so-called sol-gel method. As a material for the piezoelectric layer 70, a PZT-based material is suitable when used in an ink jet recording head. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited. For example, the piezoelectric layer 70 may be formed by a spin coating method such as a sputtering method or a MOD method (organic metal thermal coating decomposition method).

【0055】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法もしくはMOD法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前
駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて
低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
Furthermore, a method of forming a precursor film of lead zirconate titanate by a sol-gel method, a sputtering method, a MOD method, or the like, and then growing the crystal at a low temperature by a high-pressure treatment in an alkaline aqueous solution may be used. Good.

【0056】何れにしても、このように成膜された圧電
体層70は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層70は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に0.2〜5μmであ
る。
In any case, in the piezoelectric layer 70 formed as described above, the crystal is preferentially oriented unlike the bulk piezoelectric, and in the present embodiment, the crystal is formed in the piezoelectric layer 70. It is formed in a column shape. Note that the preferential orientation refers to a state in which a crystal orientation direction is not disordered and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction. In addition, a crystal having a columnar thin film refers to a state in which substantially columnar crystals are gathered in a plane direction with their central axes substantially aligned in the thickness direction to form a thin film. Of course, it may be a thin film formed of preferentially oriented granular crystals. The thickness of the piezoelectric layer manufactured in the thin film process is generally 0.2 to 5 μm.

【0057】さらに、圧電体層70上に上電極膜80を
成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料であれば
よく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金
属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、
白金をスパッタリングにより成膜している。
Further, an upper electrode film 80 is formed on the piezoelectric layer 70. The upper electrode film 80 only needs to be a material having high conductivity, and can use many metals such as aluminum, gold, nickel, and platinum, and a conductive oxide. In this embodiment,
Platinum is formed by sputtering.

【0058】次に、圧電体層70及び上電極膜80のみ
をエッチングして圧電素子300のパターニングを行
う。
Next, the piezoelectric element 300 is patterned by etching only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80.

【0059】次に、図4(c)に示すように、リード電
極90を流路形成基板10の全面に亘って形成すると共
に各圧電素子300の長手方向一端部側の上電極膜80
上にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 4C, a lead electrode 90 is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10 and the upper electrode film 80 on one end side in the longitudinal direction of each piezoelectric element 300 is formed.
Pattern on top.

【0060】次に、図4(d)に示すように、所定の厚
さ、本実施形態では、220μm程度の接合基板30と
なる単結晶シリコン基板の前記流路形成基板10との接
合面側で前記圧電素子300に対応する領域に、駆動回
路31を一体的に形成する。この駆動回路31の形成方
法は、特に限定されず、例えば、駆動回路31を半導体
プロセスで一体的に形成すればよい。
Next, as shown in FIG. 4D, the single crystal silicon substrate which becomes the bonding substrate 30 having a predetermined thickness, in this embodiment, about 220 μm, on the bonding surface side with the flow path forming substrate 10. Then, the drive circuit 31 is integrally formed in a region corresponding to the piezoelectric element 300. The method for forming the drive circuit 31 is not particularly limited. For example, the drive circuit 31 may be formed integrally by a semiconductor process.

【0061】次に、図5(a)に示すように、流路形成
基板10の圧電素子300側と接合基板30の駆動回路
31側とを封止部材40を介して接合する。このとき、
圧電素子300に対向する領域に圧電素子保持部41が
画成されると共に、前記リザーバ13に対向する領域に
インク導入路42が画成される。さらに、このインク導
入路42の外側に接続口43が画成される。本実施形態
では、封止部材40は接着剤であり、所定の領域に所定
量の接着剤を塗布して流路形成基板10と接合基板30
とを接合することにより、これら圧電素子保持部41、
インク導入路42及び接続口43を画成する。
Next, as shown in FIG. 5A, the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate 10 and the drive circuit 31 side of the bonding substrate 30 are bonded via the sealing member 40. At this time,
The piezoelectric element holding portion 41 is defined in a region facing the piezoelectric element 300, and an ink introduction path 42 is defined in a region facing the reservoir 13. Further, a connection port 43 is defined outside the ink introduction path 42. In the present embodiment, the sealing member 40 is an adhesive, and a predetermined amount of an adhesive is applied to a predetermined area to form the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30.
And the piezoelectric element holding portion 41,
An ink introduction path 42 and a connection port 43 are defined.

【0062】さらに、これら流路形成基板10と接合基
板30とを接合する際に、リード電極90と駆動回路3
1とを接触させることにより、各圧電素子300の個別
電極である上電極膜80と駆動回路31とが電気的に接
続される。このとき、このリード電極90は、圧力発生
室12となる領域の外側に設けられていることが好まし
い。これにより、圧電素子300の駆動による振動板の
変形の阻害を防止することができる。
Further, when the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30 are bonded, the lead electrode 90 and the driving circuit 3
By contacting the piezoelectric element 1, the upper electrode film 80, which is an individual electrode of each piezoelectric element 300, is electrically connected to the drive circuit 31. At this time, it is preferable that the lead electrode 90 is provided outside a region to be the pressure generating chamber 12. Thereby, it is possible to prevent the deformation of the diaphragm from being hindered by the driving of the piezoelectric element 300.

【0063】次に、図5(b)に示すように、このよう
に接合した流路形成基板10及び接合基板30を所定の
厚さに加工する。具体的には、流路形成基板10及び接
合基板30の表面を研磨又はエッチングすることによ
り、所定の厚さに加工する。本実施形態では、上述した
ように、流路形成基板10を50μm〜150μmと
し、接合基板30を150μm程度の厚さとした。
Next, as shown in FIG. 5B, the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30 thus bonded are processed to a predetermined thickness. Specifically, the surfaces of the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30 are processed to a predetermined thickness by polishing or etching. In the present embodiment, as described above, the flow path forming substrate 10 has a thickness of 50 μm to 150 μm, and the bonding substrate 30 has a thickness of about 150 μm.

【0064】次に、図5(c)に示すように、流路形成
基板10と接合基板30とのそれぞれの表面に二酸化シ
リコンからなるマスク層55A,55Bを所定の領域に
スパッタリング又はCVD法等により成膜する。
Next, as shown in FIG. 5C, mask layers 55A and 55B made of silicon dioxide are formed on the respective surfaces of the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30 in predetermined regions by sputtering or CVD. To form a film.

【0065】次いで、図6(a)に示すように、マスク
層55Aを介して流路形成基板10をエッチングするこ
とにより、圧力発生室12、リザーバ13及びインク供
給路14を形成する。また、同時に、マスク層55Bを
介して接合基板30をエッチングすることにより、イン
ク導入路42を開口させると共に、接続口43を開口さ
せる。さらに、リザーバ13に対応する領域の弾性膜5
0及び下電極膜60を除去してリザーバ13とインク導
入路42とを連通するインク連通孔51を形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, the pressure generating chamber 12, the reservoir 13, and the ink supply path 14 are formed by etching the flow path forming substrate 10 through the mask layer 55A. At the same time, by etching the bonding substrate 30 via the mask layer 55B, the ink introduction path 42 is opened and the connection port 43 is opened. Further, the elastic film 5 in a region corresponding to the reservoir 13
The ink communication hole 51 that connects the reservoir 13 and the ink introduction path 42 is formed by removing the 0 and lower electrode films 60.

【0066】その後、図6(b)に示すように、流路形
成基板10の開口面側にノズル開口21が穿設されたノ
ズルプレートを接合する。
Thereafter, as shown in FIG. 6B, a nozzle plate having a nozzle opening 21 formed on the opening side of the flow path forming substrate 10 is joined.

【0067】なお、以上説明した一連の膜形成及び異方
性エッチングによって、一枚のウェハ上に多数のチップ
を同時に形成し、プロセス終了後、図1に示すような一
つのチップサイズの流路形成基板10毎に分割し、イン
クジェット式記録ヘッドとする。
A large number of chips are simultaneously formed on one wafer by a series of film formation and anisotropic etching described above, and after the process is completed, a flow path of one chip size as shown in FIG. The ink jet recording head is divided for each forming substrate 10.

【0068】このように製造された本実施形態のインク
ジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手
段からインク導入路42を介してリザーバ13にインク
を取り込み、リザーバ13からノズル開口21に至るま
で内部をインクで満たした後、外部配線100から駆動
回路31を介して出力された記録信号に従い、圧力発生
室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜8
0との間に電圧を印加し、弾性膜50、下電極膜60及
び圧電体層70をたわみ変形させることにより、各圧力
発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク
滴が吐出する。
The ink jet recording head of the present embodiment manufactured as described above takes in ink from the external ink supply means (not shown) into the reservoir 13 via the ink introduction path 42, and supplies ink from the reservoir 13 to the nozzle opening 21. Is filled with ink, and the lower electrode film 60 and the upper electrode film 8 corresponding to the pressure generating chambers 12 are formed according to the recording signal output from the external wiring 100 via the drive circuit 31.
By applying a voltage between 0 and 0 to bend and deform the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70, the pressure in each pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

【0069】このような構成のインクジェット式記録ヘ
ッドでは、圧電素子300が形成された流路形成基板1
0と、圧電素子300に対向する領域に駆動回路31を
一体的に形成した接合基板30とを接合するようにした
ので、流路形成基板10及び接合基板30の厚さを薄く
することができ、ヘッドを小型化することができると共
に複数の圧力発生室12を高密度に配列することができ
る。また、各圧力発生室12を区画する隔壁11の剛性
を高めることができると共に隔壁11のコンプライアン
スを小さくすることができ、インクの吐出特性が向上す
る。
In the ink jet recording head having such a configuration, the flow path forming substrate 1 on which the piezoelectric element 300 is formed
0 and the bonding substrate 30 in which the drive circuit 31 is integrally formed in a region facing the piezoelectric element 300, so that the thicknesses of the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30 can be reduced. The size of the head can be reduced, and the plurality of pressure generating chambers 12 can be arranged at a high density. In addition, the rigidity of the partition walls 11 that partition the pressure generating chambers 12 can be increased, and the compliance of the partition walls 11 can be reduced, thereby improving the ink ejection characteristics.

【0070】また、流路形成基板10と接合基板30と
は、これらを接合後にそれぞれ薄く加工するようにした
ので、大きなサイズのウェハとしても取り扱いが容易と
なる。したがって、ウェハ一枚当たりのチップの取り数
を増加することができ、製造コストを低減することがで
きる。また、チップサイズを大きくできるので、長尺の
ヘッドも製造することができる。
Since the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30 are each processed to be thin after bonding, the handling is easy even for a large-sized wafer. Therefore, the number of chips per wafer can be increased, and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the chip size can be increased, a long head can be manufactured.

【0071】なお、本実施形態では、圧電素子300の
上電極膜80と駆動回路31とをリード電極90を介し
て電気的に接続するようにしたが、これに限定されず、
例えば、図7に示すように、一端が上電極膜80に接続
されると共に他端が流路形成基板10上に固定されるボ
ンディングワイヤ等の配線110を設け、駆動回路31
がこの湾曲して設けられた配線110の一部を押圧する
ように流路形成基板10と接合基板30とを接合するこ
とにより、この配線110を介して上電極膜80と駆動
回路31とを電気的に接続するようにしてもよい。な
お、配線110の他端は下電極膜60と導通しないよう
に固定する必要があり、本実施形態では、下電極膜60
の一部を除去し、除去した部分に配線110の他端を固
定するようにしたが、下電極膜60と導通しなければそ
の固定方法は特に限定されない。
In this embodiment, the upper electrode film 80 of the piezoelectric element 300 and the drive circuit 31 are electrically connected via the lead electrode 90. However, the present invention is not limited to this.
For example, as shown in FIG. 7, a wiring 110 such as a bonding wire having one end connected to the upper electrode film 80 and the other end fixed on the flow path forming substrate 10 is provided.
Joins the flow path forming substrate 10 and the joining substrate 30 so as to press a part of the curved wiring 110, so that the upper electrode film 80 and the driving circuit 31 are connected via the wiring 110. You may make it electrically connect. Note that the other end of the wiring 110 needs to be fixed so as not to be electrically connected to the lower electrode film 60.
Is removed, and the other end of the wiring 110 is fixed to the removed portion. However, the fixing method is not particularly limited as long as it is not electrically connected to the lower electrode film 60.

【0072】また、本実施形態では、封止部材40とし
て接着剤を用いるようにしたが、これに限定されず、例
えば、酸化シリコン(SiO2)又はガラス等を用いる
ようにしてもよい。この場合には、封止部材を介して陽
極接合することにより流路形成基板と接合基板とを接合
することができる。例えば、図8に示すように、ガラス
からなる封止部材40Aを用いた場合には、全体を45
0℃程度に加熱し、単結晶シリコンからなる流路形成基
板10及び接合基板30のそれぞれと封止部材40とを
間に、200〜1000V程度の電位を印加することに
より、すなわち、陽極接合することにより、流路形成基
板10及び接合基板30のそれぞれと封止部材40とが
化学結合する。なお、この場合、流路形成基板10の封
止部材40が接合される領域は、下電極膜60及び弾性
膜50を除去しておく必要がある。
In this embodiment, an adhesive is used as the sealing member 40. However, the present invention is not limited to this. For example, silicon oxide (SiO 2 ) or glass may be used. In this case, the flow path forming substrate and the bonding substrate can be bonded by anodic bonding via the sealing member. For example, as shown in FIG. 8, when the sealing member 40A made of glass is used,
By heating to about 0 ° C. and applying a potential of about 200 to 1000 V between each of the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30 made of single crystal silicon and the sealing member 40, that is, anodic bonding is performed. Thereby, each of the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30 and the sealing member 40 are chemically bonded. In this case, the lower electrode film 60 and the elastic film 50 need to be removed from the region of the flow path forming substrate 10 where the sealing member 40 is bonded.

【0073】また、酸化シリコンからなる封止部材を用
いる場合には、流路形成基板10及び接合基板30のそ
れぞれの接合面の所定領域に、スパッタリング又はCV
D法等により封止部材をそれぞれ設ける。そして、これ
らの封止部材同士を当接させて、上述同様、所定条件下
で流路形成基板10と接合基板30との間に電位を印加
して陽極接合することにより、流路形成基板10と接合
基板30とを封止部材を介して接合することができる。
When a sealing member made of silicon oxide is used, sputtering or CV is applied to a predetermined region of each of the joint surfaces of the flow path forming substrate 10 and the joining substrate 30.
A sealing member is provided by a method D or the like. Then, the sealing members are brought into contact with each other, and a potential is applied between the flow path forming substrate 10 and the bonding substrate 30 under predetermined conditions to perform anodic bonding under the same conditions as described above, thereby forming the flow path forming substrate 10. And the bonding substrate 30 can be bonded via the sealing member.

【0074】(他の実施形態)以上、本発明の各実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other Embodiments) The embodiments of the present invention have been described above, but the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to the above.

【0075】例えば、封止部材としては、上述した例の
他に、圧電素子300を構成する各層とは不連続の下電
極膜、圧電体層及び上電極膜で構成するようにしてもよ
い。
For example, as the sealing member, in addition to the above-described example, each layer constituting the piezoelectric element 300 may be constituted by a discontinuous lower electrode film, a piezoelectric layer, and an upper electrode film.

【0076】また、例えば、上述の各実施形態では、成
膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜
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、グリーンシート
を貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジ
ェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができ
る。
Further, for example, in each of the above-described embodiments, a thin-film type ink jet recording head manufactured by applying a film forming and lithography process has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a thick-film type ink jet recording head formed by a method such as attaching a green sheet.

【0077】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図9は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。
The ink jet recording head of each of the embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge and the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the ink jet recording apparatus.

【0078】図9に示すように、インクジェット式記録
ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、イ
ンク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着
脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1
Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けら
れたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。
As shown in FIG. 9, the recording head units 1A and 1B having ink jet recording heads are provided with detachable cartridges 2A and 2B constituting ink supply means.
The carriage 3 on which B is mounted is provided movably in the axial direction on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4. The recording head units 1A and 1B are, for example,
Each of them ejects a black ink composition and a color ink composition.

【0079】そして、駆動モータ6の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリ
ッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及
び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿っ
て移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に
沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ロ
ーラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シ
ートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるように
なっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、圧電素
子が形成された流路形成基板と、圧電素子に対向する領
域に集積回路を一体的に形成した接合基板とを接合する
ようにしたので、流路形成基板及び接合基板の厚さを薄
くすることができ、ヘッドを小型化することができると
共に、複数の圧力発生室を高密度に配列することができ
る。また、隔壁の剛性を高めることができると共に隔壁
のコンプライアンスを小さくすることができ、インクの
吐出特性を向上することができる。
As described above, according to the present invention, the flow path forming substrate on which the piezoelectric element is formed and the bonding substrate on which an integrated circuit is integrally formed in a region facing the piezoelectric element are bonded. Therefore, the thickness of the flow path forming substrate and the joining substrate can be reduced, the size of the head can be reduced, and a plurality of pressure generating chambers can be arranged at high density. Further, the rigidity of the partition can be increased and the compliance of the partition can be reduced, so that the ink ejection characteristics 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
録ヘッドの概略を示す分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention.

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

【図3】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの概略を示す上面図である。
FIG. 3 is a top view schematically showing the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention.

【図6】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet recording head according to Embodiment 1 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
録ヘッドの変形例を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modification of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present 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断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a modification of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略図である。
FIG. 9 is a schematic view of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 11 隔壁 12 圧力発生室 13 リザーバ 14 インク供給路 20 ノズルプレート 21 ノズル開口 30 接合基板 31 駆動回路 40 封止部材 50 弾性膜 60 下電極膜 70 圧電体層 80 上電極膜 300 圧電素子 REFERENCE SIGNS LIST 10 flow path forming substrate 11 partition wall 12 pressure generating chamber 13 reservoir 14 ink supply path 20 nozzle plate 21 nozzle opening 30 bonding substrate 31 drive circuit 40 sealing member 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric layer 80 upper electrode film 300 piezoelectric element

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズル開口に連通する圧力発生室が画成
される単結晶シリコンからなる流路形成基板と、該流路
形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電
極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する
インクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板の前記圧電素子側に封止部材を介して
接合される単結晶シリコンからなる接合基板を有し、該
接合基板の前記流路形成基板との接合面側の前記圧電素
子に対向する領域には、集積回路が一体的に形成されて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
1. A flow path forming substrate made of single crystal silicon in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is defined, a lower electrode provided on one side of the flow path forming substrate via a diaphragm, and a piezoelectric element. An ink jet recording head comprising a body element and a piezoelectric element comprising an upper electrode, comprising: a bonding substrate made of single crystal silicon bonded to the piezoelectric element side of the flow path forming substrate via a sealing member; An ink jet recording head, wherein an integrated circuit is integrally formed in a region of the bonding substrate facing the piezoelectric element on a bonding surface side with the flow path forming substrate.
【請求項2】 請求項1において、前記圧電素子を構成
する前記下電極又は上電極の何れか一方には導電部材が
接続されており、該導電部材が前記集積回路の接続配線
に当接することにより、前記圧電素子と前記集積回路と
が電気的に接続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。
2. The device according to claim 1, wherein a conductive member is connected to one of the lower electrode and the upper electrode constituting the piezoelectric element, and the conductive member contacts a connection wiring of the integrated circuit. Wherein the piezoelectric element and the integrated circuit are electrically connected to each other.
【請求項3】 請求項1又は2において、前記圧電素子
は、前記接合基板と前記封止部材によって画成される空
間内に封止されていることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the piezoelectric element is sealed in a space defined by the bonding substrate and the sealing member.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記封
止部材が接着剤であることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the sealing member is an adhesive.
【請求項5】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記封
止部材が酸化シリコン又はガラスからなり、前記流路形
成基板と前記接合基板とが前記封止部材を介して陽極接
合によって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。
5. The sealing member according to claim 1, wherein the sealing member is made of silicon oxide or glass, and the flow path forming substrate and the bonding substrate are bonded by anodic bonding via the sealing member. An ink jet recording head characterized in that:
【請求項6】 請求項2〜5の何れかにおいて、前記導
電部材が、一端が前記上電極に接続されると共に他端が
前記流路形成基板上に固定されたボンディングワイヤで
あることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
6. The method according to claim 2, wherein the conductive member is a bonding wire having one end connected to the upper electrode and the other end fixed to the flow path forming substrate. Inkjet recording head.
【請求項7】 請求項1〜6の何れかにおいて、前記圧
力発生室が異方性エッチングにより形成され、前記振動
板及び前記圧電素子を構成する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。
7. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching, and the respective layers constituting the diaphragm and the piezoelectric element are formed by film formation and lithography. An ink jet recording head, characterized in that:
【請求項8】 請求項1〜7の何れかのインクジェット
式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェッ
ト式記録装置。
8. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
【請求項9】 単結晶シリコンからなりノズル開口に連
通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路
形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電
極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路
形成基板の前記圧電素子側に接合される単結晶シリコン
からなる接合基板とを具備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前記振動板を介して前記下電極、
前記圧電体層及び前記上電極を積層及びパターニングし
て前記圧電素子を形成する工程と、前記接合基板の一方
面の前記圧電素子に対向する領域に集積回路を一体的に
形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側と
前記接合基板の前記集積回路側とを封止部材を介して接
合する工程と、前記流路形成基板及び前記接合基板を所
定の厚さに加工する工程と、前記圧力発生室を形成する
工程とを有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。
9. A flow path forming substrate formed of single crystal silicon and defining a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, a lower electrode provided on one side of the flow path forming substrate via a diaphragm, and a piezoelectric element. A method for manufacturing an ink jet recording head, comprising: a piezoelectric element comprising a body layer and an upper electrode; and a bonding substrate made of single crystal silicon bonded to the piezoelectric element side of the flow path forming substrate, wherein the flow path forming substrate The lower electrode through the diaphragm above,
Laminating and patterning the piezoelectric layer and the upper electrode to form the piezoelectric element, and integrally forming an integrated circuit in a region of the one surface of the bonding substrate facing the piezoelectric element, Bonding the piezoelectric element side of the flow path forming substrate and the integrated circuit side of the bonding substrate via a sealing member, and processing the flow path forming substrate and the bonding substrate to a predetermined thickness; Forming the pressure generating chamber.
【請求項10】 請求項9において、前記圧力発生室を
形成する工程では、前記流路形成基板をエッチングする
ことによって前記圧力発生室を形成すると共に、前記接
合基板をエッチングすることにより前記圧力発生室にイ
ンクを供給する流路を形成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。
10. The pressure generating chamber according to claim 9, wherein, in the step of forming the pressure generating chamber, the pressure generating chamber is formed by etching the flow path forming substrate and the pressure generating chamber is etched by etching the bonding substrate. A method for manufacturing an ink jet recording head, comprising forming a flow path for supplying ink to a chamber.
【請求項11】 請求項9又は10において、導電性を
有しその一端が前記圧電素子を構成する前記下電極又は
上電極の何れか一方に接続される導電部材を設け、前記
流路形成基板と前記接合基板とを接合する際に、前記導
電部材と前記集積回路の接続配線とを接触させることに
より、前記圧電素子と前記集積回路とを電気的に接続す
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。
11. The flow path forming substrate according to claim 9, wherein a conductive member having conductivity and one end of which is connected to one of the lower electrode and the upper electrode constituting the piezoelectric element is provided. An ink jet recording method for electrically connecting the piezoelectric element and the integrated circuit by bringing the conductive member into contact with the connection wiring of the integrated circuit when bonding the substrate and the bonding substrate. Head manufacturing method.
【請求項12】 請求項11において、前記圧力発生室
を形成する工程では、前記流路形成基板をエッチングす
ることによって前記圧力発生室を形成すると共に、前記
接合基板をエッチングすることにより前記圧電素子を構
成する他方の電極と外部配線とを接続する接続口を形成
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。
12. The piezoelectric element according to claim 11, wherein, in the step of forming the pressure generating chamber, the pressure generating chamber is formed by etching the flow path forming substrate and the bonding substrate is etched. Forming a connection port for connecting the other electrode and the external wiring constituting the ink jet recording head.
【請求項13】 請求項9〜12の何れかにおいて、前
記封止部材がガラス、又は前記流路形成基板及び前記接
合基板のそれぞれの接合面側に設けられた酸化シリコン
層であり、当該封止部材を介して前記流路形成基板と前
記接合基板とを陽極接合により接合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。
13. The sealing member according to claim 9, wherein the sealing member is glass or a silicon oxide layer provided on a bonding surface side of each of the flow path forming substrate and the bonding substrate. A method of manufacturing an ink jet type recording head, wherein the flow path forming substrate and the bonding substrate are bonded by anodic bonding via a stopper member.
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