JP2002059555A - Ink jet recording head, method of making the same and ink jet recorder - Google Patents

Ink jet recording head, method of making the same and ink jet recorder

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JP2002059555A
JP2002059555A JP2000248775A JP2000248775A JP2002059555A JP 2002059555 A JP2002059555 A JP 2002059555A JP 2000248775 A JP2000248775 A JP 2000248775A JP 2000248775 A JP2000248775 A JP 2000248775A JP 2002059555 A JP2002059555 A JP 2002059555A
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JP
Japan
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flow path
pressure generating
path forming
generating chamber
ink jet
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JP2000248775A
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Akira Matsuzawa
明 松沢
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Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head wherein the ink ejection property is improved and destruction of a diaphragm is prevented and to provide a method of making the same and an ink jet recorder. SOLUTION: This ink jet recording head that comprises a passage forming substrate on which a pressurizing chamber consisting of a monocrystalline silicon and communicating with a nozzle is to be formed and a piezoelectric element which is formed thereon at a region corresponding to the pressurizing chamber with a diaphragm forming a part of the pressurizing chamber therebetween by a thin film and a lithographic method. A passage forming layer is provided between the passage forming substrate and the diaphragm and an opening section is formed on the passage forming layer at a region corresponding to the pressurizing chamber. At least an end section of the pressurizing chamber in a longitudinal direction in a plane shape at the side of the passage forming layer is defined by the outer edge of the opening.

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に振動板を介
して圧電素子を形成して、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 piezoelectric element formed in a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging an ink drop via a vibration plate, and the ink drop is discharged by displacement of the piezoelectric element. The present invention relates to an ink jet recording head, 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、圧電素子が軸方向に伸長、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 put into practical use, one using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator in which a piezoelectric element expands and contracts in the axial direction, 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】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、一般的に、基板の圧電素子とは反対側の面か
ら所定のマスクパターンを用いて基板をエッチングする
ことにより厚さ方向に貫通して圧力発生室を形成してい
る。
In such an ink jet recording head, the substrate is generally etched in a thickness direction by etching the substrate from a surface of the substrate opposite to the piezoelectric element using a predetermined mask pattern. A generation chamber is formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子を形成
するためのマスクパターンと、圧力発生室を形成するた
めのマスクパターンとの位置合わせの際に誤差が生じた
り、あるいは圧力発生室を形成する基板の反り等によっ
て露光のずれが起こる場合があり、圧電素子と圧力発生
室との相対的な位置精度が低くなり、インク吐出特性が
低下してしまうという問題がある。
However, in such an ink jet recording head, an error occurs when the mask pattern for forming the piezoelectric element and the mask pattern for forming the pressure generating chamber are aligned. In some cases, exposure deviation may occur due to warpage of the substrate forming the pressure generating chamber, or the like, and the relative positional accuracy between the piezoelectric element and the pressure generating chamber may be reduced, and the ink ejection characteristics may be reduced. There's a problem.

【0009】さらに、基板として、例えば、面方位(1
10)のシリコン単結晶基板を用いた場合には、その
(111)面によって圧力発生室の形状が制約されるた
め、その形状によって振動板が撓んだり、圧電素子の駆
動による応力によってクラックが発生する等の問題があ
る。
Further, as a substrate, for example, a plane orientation (1)
In the case of using the silicon single crystal substrate of 10), the shape of the pressure generating chamber is restricted by the (111) plane, so that the diaphragm is bent depending on the shape, and cracks are generated by stress due to driving of the piezoelectric element. There are problems such as occurrence.

【0010】本発明はこのような事情に鑑み、インク吐
出特性を向上すると共に、振動板の破壊を防止したイン
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, it is an object of the present invention to provide an ink jet recording head which improves ink ejection characteristics and prevents breakage of a diaphragm, a method for manufacturing the same, and an ink jet recording apparatus.

【0011】[0011]

【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、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形成される流路形成基板と、こ
の圧力発生室の一部を構成する振動板を介して前記圧力
発生室に対応する領域に薄膜及びリソグラフィ法により
形成された圧電素子とを備えたインクジェット式記録ヘ
ッドにおいて、前記流路形成基板と振動板との間に流路
形成層を有し且つ当該流路形成層には前記圧力発生室に
対向する領域に開口部が形成され、前記圧力発生室の前
記流路形成層側の平面形状の少なくとも長手方向の端部
が、前記開口部の外縁によって規定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 formed of single crystal silicon and having a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening; An ink jet recording head comprising a thin film and a piezoelectric element formed by a lithography method in a region corresponding to the pressure generating chamber via a vibration plate forming a part of the flow path forming substrate and the vibration plate An opening is formed in a region opposed to the pressure generation chamber in the flow passage formation layer, and at least a longitudinal direction of a planar shape of the pressure generation chamber on the flow passage formation layer side; Is defined by an outer edge of the opening.

【0012】かかる第1の態様では、流路形成層の開口
部の外縁によって圧力発生室の長手方向端部が規定され
るため、圧力発生室と圧電素子との相対的な位置精度が
向上する。また、流路形成層によって圧電素子の駆動に
よる振動板に掛かる応力が均一化されるため、振動板の
破壊等が防止される。
In the first aspect, since the longitudinal edge of the pressure generating chamber is defined by the outer edge of the opening of the flow path forming layer, the relative positional accuracy between the pressure generating chamber and the piezoelectric element is improved. . Further, since the stress applied to the diaphragm by driving the piezoelectric element is made uniform by the flow path forming layer, breakage of the diaphragm is prevented.

【0013】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記流路形成層の開口部の形状が、前記振動板の振
動領域を規定していることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドにある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the shape of the opening of the flow path forming layer defines a vibration area of the diaphragm. It is in.

【0014】かかる第2の態様では、圧力発生室と圧電
素子との相対的な位置精度が確実に向上すると、圧電素
子の駆動による振動板に掛かる応力がより均一化され
る。
In the second aspect, when the relative positional accuracy between the pressure generating chamber and the piezoelectric element is surely improved, the stress applied to the diaphragm by driving the piezoelectric element becomes more uniform.

【0015】本発明の第3の態様は、第2の態様におい
て、前記流路形成層の開口部が、前記圧力発生室の前記
流路形成層側開口に内包される略矩形形状を有すること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the opening of the flow path forming layer has a substantially rectangular shape which is included in the flow path forming layer side opening of the pressure generating chamber. An ink jet recording head is characterized in that:

【0016】かかる第3の態様では、圧力発生室と圧電
素子との相対的な位置精度が向上し、且つ開口部が略矩
形形状を有するため、振動板に掛かる応力が確実に均一
化される。
In the third aspect, the relative position accuracy between the pressure generating chamber and the piezoelectric element is improved, and the opening has a substantially rectangular shape, so that the stress applied to the diaphragm is reliably made uniform. .

【0017】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記流路形成層がボロンドープシリコ
ンからなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドにある。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to any one of the first to third aspects, wherein the flow path forming layer is made of boron-doped silicon.

【0018】かかる第4の態様では、流路形成層を比較
的容易形成でき、且つ開口部を比較的高精度に形成する
ことができる。
In the fourth aspect, the flow path forming layer can be formed relatively easily, and the opening can be formed with relatively high precision.

【0019】本発明の第5の態様は、第1〜4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。
A fifth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to fourth aspects, wherein the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching.

【0020】かかる第5の態様では、圧力発生室を比較
的容易且つ高密度に形成することができる。
In the fifth aspect, the pressure generating chamber can be formed relatively easily and at a high density.

【0021】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを
特徴とするインクジェット式記録装置にある。
According to a sixth 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 fifth aspects.

【0022】かかる第6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する
ことができる。
According to the sixth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus having improved ink ejection characteristics of the head.

【0023】本発明の第7の態様は、単結晶シリコンか
らなるノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流
路形成基板と、この圧力発生室の一部を構成する振動板
を介して前記圧力発生室に対応する領域に薄膜及びリソ
グラフィ法により形成された圧電素子とを備えるインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法であって、前記流路形
成基板の一方面側の所定領域にエッチングの選択性を付
与して流路形成層とする工程と、前記流路形成層上に前
記振動板を形成すると共に当該振動板上に圧電素子を形
成する工程と、前記流路形成基板の他方面側から異方性
エッチングすることにより前記圧力発生室を形成すると
共に、前記流路形成層の前記圧力発生室に対向する領域
に開口部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 seventh aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening made of single crystal silicon is formed, and a diaphragm forming a part of the pressure generating chamber. A method of manufacturing an ink jet recording head comprising a thin film and a piezoelectric element formed by lithography in a region corresponding to the pressure generating chamber, wherein etching selectivity is determined in a predetermined region on one surface side of the flow path forming substrate. And forming a piezoelectric element on the vibration plate while forming the vibration plate on the flow path formation layer, and from the other surface side of the flow path formation substrate Forming the pressure generating chamber by anisotropic etching, and forming an opening in a region of the flow path forming layer facing the pressure generating chamber. In the manufacturing method of the head.

【0024】かかる第7の態様では、比較的容易且つ高
密度に圧力発生室を形成できると共に、開口部によって
振動板の振動領域を高精度に規定できる。
In the seventh aspect, the pressure generating chamber can be formed relatively easily and at a high density, and the vibration region of the diaphragm can be defined with high precision by the opening.

【0025】本発明の第8の態様は、第7の態様におい
て、前記流路形成基板の一方面側にエッチングの選択を
付与する工程では、前記流路形成基板の表層の前記開口
部となる領域以外にボロンをドーピングすることによ
り、ボロンドープシリコンからなる前記流路形成層を形
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 an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, in the step of giving an etching selection to one surface of the flow path forming substrate, the step of forming an opening on the surface layer of the flow path forming substrate is performed. A method of manufacturing an ink jet recording head, wherein the flow path forming layer made of boron-doped silicon is formed by doping boron in a region other than the region.

【0026】かかる第8の態様では、開口部を高精度に
形成できると共に製造工程を簡略化することができる。
In the eighth aspect, the opening can be formed with high precision, and the manufacturing process can be simplified.

【0027】[0027]

【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.

【0028】(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、図1の平面図及び断面図である。
(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 plan view and a sectional view of FIG.

【0029】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.

【0030】この流路形成基板10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が幅方向に並設さ
れ、その長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板
のリザーバ部に連通して各圧力発生室12の共通のイン
ク室となるリザーバ100の一部を構成する連通部13
が形成され、各圧力発生室12の長手方向一端部とそれ
ぞれインク供給路14を介して連通されている。
In the flow path forming substrate 10, pressure generating chambers 12 divided by a plurality of partition walls 11 are arranged in parallel in the width direction by anisotropically etching a silicon single crystal substrate, and outwardly in the longitudinal direction. Is a communication part 13 which constitutes a part of a reservoir 100 which communicates with a reservoir part of a reservoir forming substrate which will be described later and serves as a common ink chamber of each pressure generating chamber 12.
Are formed, and are communicated with one end in the longitudinal direction of each pressure generating chamber 12 via the ink supply path 14.

【0031】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 silicon substrate is gradually eroded and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is 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.

【0032】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路14は、圧力発生室12よ
り浅く形成されており、圧力発生室12に流入するイン
クの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク
供給路14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. Each of the ink supply passages 14 communicating with one end of each of the pressure generating chambers 12 is formed shallower than the pressure generating chambers 12 and maintains a constant flow resistance of the ink flowing into the pressure generating chambers 12. That is, the ink supply path 14 is formed by partially etching (half-etching) the silicon single crystal substrate in the thickness direction. Note that the half etching is performed by adjusting the etching time.

【0033】また、流路形成基板10の一方面側には、
例えば、ボロンドープシリコンからなる流路形成層40
が形成され、この流路形成層40上には圧力発生室12
の一方面を構成する弾性膜50が形成されている。この
流路形成層40の圧力発生室12に対向する領域には、
厚さ方向に貫通する所定形状の開口部41が形成されて
おり、詳しくは後述するが、この開口部41の外縁によ
って、圧力発生室12の流路形成層40側の平面形状の
少なくとも長手方向の端部が規定されている。
On one side of the flow path forming substrate 10,
For example, the flow path forming layer 40 made of boron-doped silicon
Are formed on the flow path forming layer 40.
The elastic film 50 which forms one surface of is formed. In a region of the flow path forming layer 40 facing the pressure generating chamber 12,
An opening 41 having a predetermined shape penetrating in the thickness direction is formed. As will be described in detail later, the outer edge of the opening 41 allows at least the longitudinal direction of the planar shape of the pressure generating chamber 12 on the flow path forming layer 40 side. Is defined.

【0034】なお、弾性膜50は、本実施形態では、流
路形成層40上に形成されて酸化シリコン(SiO2
からなる第1の弾性膜50aと、この第1の弾性膜上に
形成されて酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる第2
の弾性膜50bとで構成されている。勿論、弾性膜50
は、複数層からなるものに限定されるわけではない。
In this embodiment, the elastic film 50 is formed on the flow path forming layer 40 and is made of silicon oxide (SiO 2 ).
A first elastic film 50a made of zirconium oxide (ZrO 2 ) formed on the first elastic film.
And the elastic film 50b. Of course, the elastic film 50
Is not limited to one having a plurality of layers.

【0035】また、流路形成基板10の他方面側には、
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。
On the other side of the flow path forming substrate 10,
A nozzle plate 20 provided with a nozzle opening 21 communicating with the pressure supply chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is fixed via an adhesive or a heat welding film. 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.

【0036】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室12の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口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.

【0037】一方、流路形成基板10の開口面とは反対
側に流路形成層40を介して設けられた弾性膜50の上
には、厚さが例えば、約0.2〜0.5μmの下電極膜
60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、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30
0の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び
圧電体層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は圧電素子30
0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、各圧力発生室12毎に圧電体能動部が形成
されている。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, on the elastic film 50 provided on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 via the flow path forming layer 40, the thickness is, for example, about 0.2 to 0.5 μm. The lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and the upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are laminated 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. Generally, the piezoelectric element 30
0 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 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
0, the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300, and a piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber 12. Further, here, the piezoelectric element 300 and the elastic film whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 are 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.

【0038】また、各圧電素子300の個別電極である
上電極膜80には、それぞれリード電極90が接続され
ている。このリード電極90は、上電極膜80上から弾
性膜50上まで延設されており、その端部近傍で図示し
ない外部配線と接続されるようになっている。
A lead electrode 90 is connected to the upper electrode film 80 which is an individual electrode of each piezoelectric element 300. The lead electrode 90 extends from above the upper electrode film 80 to above the elastic film 50, and is connected to an external wiring (not shown) near its end.

【0039】さらに、流路形成基板10の圧電素子30
0側には、リザーバ100の少なくとも一部を構成する
リザーバ部26を有するリザーバ形成基板30が接合さ
れている。このリザーバ部26は、本実施形態では、リ
ザーバ形成基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室1
2の幅方向に亘って形成されており、流路形成基板10
の連通部13とは、弾性膜50等を貫通して設けられた
インク連通孔51及び流路形成層40に設けられた開口
部42を介して連通され、各圧力発生室12の共通のイ
ンク室となるリザーバ100を構成している。
Further, the piezoelectric element 30 of the flow path forming substrate 10
On the 0 side, a reservoir forming substrate 30 having a reservoir portion 26 constituting at least a part of the reservoir 100 is joined. In the present embodiment, the reservoir portion 26 penetrates the reservoir forming substrate 30 in the thickness direction, and
2 and is formed in the width direction of the flow path forming substrate 10.
The communication portion 13 is communicated through an ink communication hole 51 provided through the elastic film 50 and the like and an opening 42 provided in the flow path forming layer 40, and a common ink of each pressure generating chamber 12. A reservoir 100 is formed as a chamber.

【0040】このリザーバ形成基板30としては、例え
ば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板10の熱
膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施
形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結
晶基板を用いて形成した。これにより、上述のノズルプ
レート20の場合と同様に、両者を熱硬化性の接着剤を
用いた高温での接着であっても両者を確実に接着するこ
とができる。
As the reservoir forming substrate 30, it is preferable to use a material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the flow path forming substrate 10, such as glass or ceramic material. It was formed using a silicon single crystal substrate of the same material. As a result, as in the case of the nozzle plate 20 described above, both can be securely bonded to each other even at a high temperature using a thermosetting adhesive.

【0041】さらに、このリザーバ形成基板30には、
封止膜36及び固定板37とからなるコンプライアンス
基板35が接合されている。ここで、封止膜36は、剛
性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmの
ポリフェニレンスルフィド(PPS)フィルム)からな
り、この封止膜36によってリザーバ部26の一方面が
封止されている。また、固定板37は、金属等の硬質の
材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SU
S)等)で形成される。この固定板37のリザーバ10
0に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口
部38となっているため、リザーバ100の一方面は可
撓性を有する封止膜36のみで封止され、内部圧力の変
化によって変形可能な可撓部39となっている。
Further, the reservoir forming substrate 30 includes:
A compliance substrate 35 including a sealing film 36 and a fixing plate 37 is joined. Here, the sealing film 36 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm), and the sealing film 36 seals one surface of the reservoir 26. Has been stopped. The fixing plate 37 is made of a hard material such as a metal (for example, stainless steel (SU) having a thickness of 30 μm).
S) etc.). The reservoir 10 of the fixing plate 37
Since the area facing 0 is the opening 38 completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with the flexible sealing film 36, and the internal pressure changes. Thus, the flexible portion 39 can be deformed.

【0042】また、このリザーバ100の長手方向略中
央部外側のコンプライアンス基板35上には、リザーバ
100にインクを供給するためのインク導入口27が形
成されている。さらに、リザーバ形成基板30には、イ
ンク導入口27とリザーバ100の側壁とを連通するイ
ンク導入路28が設けられている。
Further, an ink inlet 27 for supplying ink to the reservoir 100 is formed on the compliance substrate 35 substantially outside the central portion in the longitudinal direction of the reservoir 100. Further, the reservoir forming substrate 30 is provided with an ink introduction path 28 that communicates the ink introduction port 27 with the side wall of the reservoir 100.

【0043】一方、リザーバ形成基板30の圧電素子3
00に対向する領域には、圧電素子300の運動を阻害
しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可
能な圧電素子保持部29が設けられ、圧電素子300
は、この圧電素子保持部29内に密封されている。
On the other hand, the piezoelectric element 3 of the reservoir forming substrate 30
A piezoelectric element holding portion 29 capable of sealing the space is provided in a region opposed to the piezoelectric element 300 while securing a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300.
Are sealed in the piezoelectric element holding portion 29.

【0044】ここで、このような本実施形態のインクジ
ェット式記録ヘッドの製造工程、特に、流路形成基板1
0に圧力発生室12を形成する工程及びこの圧力発生室
12に対応する領域に圧電素子300を形成する工程に
ついて説明する。なお、図3〜図5は、圧力発生室12
の長手方向の断面図である。
Here, the manufacturing process of the ink jet type recording head of this embodiment, in particular, the flow path forming substrate 1
The step of forming the pressure generating chamber 12 at zero and the step of forming the piezoelectric element 300 in a region corresponding to the pressure generating chamber 12 will be described. 3 to 5 show the pressure generating chamber 12.
It is sectional drawing of the longitudinal direction of FIG.

【0045】図3(a)に示すように、まず、流路形成
基板10の各面に、所定パターンの流路形成層40を形
成するためのマスクとなる二酸化シリコン層55Aと、
圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14を形
成する際のマスクとなる二酸化シリコン層55Bとを形
成する。すなわち、具体的には、流路形成基板10とな
る単結晶シリコンのウェハを約1100℃の拡散炉で熱
酸化して各面に二酸化シリコン層55A及び55Bを形
成後、各二酸化シリコン層55A及び55Bを所定形状
にパターニングする。
As shown in FIG. 3A, first, on each surface of the flow path forming substrate 10, a silicon dioxide layer 55A serving as a mask for forming the flow path forming layer 40 having a predetermined pattern is formed.
A silicon dioxide layer 55B serving as a mask when forming the pressure generating chamber 12, the communication section 13, and the ink supply path 14 is formed. That is, specifically, after a single-crystal silicon wafer serving as the flow path forming substrate 10 is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. to form silicon dioxide layers 55A and 55B on each surface, the silicon dioxide layers 55A and 55B are formed. 55B is patterned into a predetermined shape.

【0046】ここで、二酸化シリコン層55Bをパター
ニングすることにより、流路形成基板10の圧力発生室
12等となる領域にエッチング開口部56を形成する
が、この開口部56の大きさ、特に圧力発生室12に対
向する領域の開口部56の大きさは、後述する工程で流
路形成基板10を異方性エッチングして圧力発生室12
等を形成する際に、その流路形成層40側開口の少なく
とも鋭角となる角部が流路形成層40によって覆われる
ような大きさとする。すなわち、圧力発生室12の流路
形成層40側開口が、流路形成層40の開口部41より
も大きくなるように形成する。
Here, by etching the silicon dioxide layer 55B, an etching opening 56 is formed in a region of the flow path forming substrate 10 which becomes the pressure generating chamber 12 and the like. The size of the opening 56 in the region facing the generation chamber 12 is determined by anisotropically etching the flow path forming substrate 10 in a step described later.
At the time of forming, for example, the flow path forming layer 40 is formed in such a size that at least a sharp corner of the opening on the flow path forming layer 40 side is covered by the flow path forming layer 40. That is, the opening of the pressure generating chamber 12 on the side of the flow path forming layer 40 is formed to be larger than the opening 41 of the flow path forming layer 40.

【0047】次に、図3(b)に示すように、流路形成
基板10の一方面側にボロンドープシリコンからなる流
路形成層40を形成する。詳しくは、二酸化シリコン層
55Aをマスクとして、流路形成基板10の表面、本実
施形態では、流路形成層40の開口部41,42となる
部分以外の領域の流路形成基板10表面に、ボロンをド
ーピングすることにより、ボロンドープシリコンからな
る厚さが1〜2μmの流路形成層40を形成した。この
ように、流路形成基板10の一方面側の所定領域に流路
形成層40が形成されることにより、流路形成基板10
の表面には実質的にエッチングの選択性が付与されるこ
とになる。
Next, as shown in FIG. 3B, a flow path forming layer 40 made of boron-doped silicon is formed on one side of the flow path forming substrate 10. Specifically, using the silicon dioxide layer 55A as a mask, on the surface of the flow path forming substrate 10, in the present embodiment, on the surface of the flow path forming substrate 10 in a region other than the portions to be the openings 41 and 42 of the flow path forming layer 40, By doping with boron, a channel forming layer 40 made of boron-doped silicon and having a thickness of 1 to 2 μm was formed. As described above, by forming the flow path forming layer 40 in a predetermined area on one surface side of the flow path forming substrate 10, the flow path forming substrate 10
The surface of the substrate is substantially provided with etching selectivity.

【0048】なお、本実施形態では、開口部41,42
となる領域以外の流路形成基板10の全ての領域にボロ
ンをドーピングしてボロンドープシリコンからなる流路
形成層40としたが、これに限定されず、少なくとも開
口部41,42の周縁部にボロンがドーピングされてい
ればよい。
In this embodiment, the openings 41 and 42 are used.
The flow path forming layer 40 made of boron-doped silicon is formed by doping boron in all the areas of the flow path forming substrate 10 except for the area to be formed. However, the present invention is not limited to this. It is sufficient that boron is doped.

【0049】次に、二酸化シリコン層55Aを除去し、
図3(c)に示すように、流路形成層40上に弾性膜5
0を形成する。本実施形態では、まず、流路形成層40
の表面に、例えば、TEOS−CVD法によって約35
0〜500℃の比較的低温で二酸化シリコンからなる第
1の弾性膜50aを成膜する。次いで、この第1の弾性
膜50a上にジルコニウム層を形成後、500〜120
0℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウムからなる第
2の弾性膜50bを形成した。
Next, the silicon dioxide layer 55A is removed,
As shown in FIG. 3C, the elastic film 5 is formed on the flow path forming layer 40.
0 is formed. In the present embodiment, first, the flow path forming layer 40
Of about 35 by TEOS-CVD, for example.
A first elastic film 50a made of silicon dioxide is formed at a relatively low temperature of 0 to 500C. Next, after forming a zirconium layer on the first elastic film 50a, 500 to 120
The second elastic film 50b made of zirconium oxide was formed by thermal oxidation in a diffusion furnace at 0 ° C.

【0050】ここで、本実施形態では、TEOS−CV
D法により比較的低温で流路形成層40及び流路形成基
板10上に第1の弾性膜50aを形成するようにしたの
で、この第1の弾性膜50aによって流路形成基板10
及び流路形成層40が保護され、第2の弾性膜50を熱
酸化する際の熱によるダメージを防止することができ
る。
Here, in this embodiment, the TEOS-CV
Since the first elastic film 50a is formed on the flow path forming layer 40 and the flow path forming substrate 10 at a relatively low temperature by the method D, the flow path forming substrate 10 is formed by the first elastic film 50a.
In addition, the flow path forming layer 40 is protected, and damage due to heat when the second elastic film 50 is thermally oxidized can be prevented.

【0051】次に、この弾性膜50上に圧電素子300
を形成する。まず、図3(d)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成すると共に所定形状にパタ
ーニングする。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。
Next, the piezoelectric element 300 is placed on the elastic film 50.
To form First, as shown in FIG. 3D, the lower electrode film 60 is formed by sputtering and patterned into a predetermined shape. As a material of the lower electrode film 60, platinum or the like is preferable. This is because the piezoelectric layer 70 described below, which is formed by sputtering or a sol-gel method, needs to be crystallized by baking at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. It is. 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 lead zirconate titanate is used for the piezoelectric layer 70,
It is desirable that the change in conductivity due to the diffusion of lead oxide is small, and for these reasons, platinum is preferred.

【0052】次に、図4(a)に示すように、下電極膜
60上に圧電体層70を成膜する。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、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, as shown in FIG. 4A, a piezoelectric layer 70 is formed on the lower electrode film 60. In this embodiment, a so-called sol-gel method is used in which a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a catalyst is applied, dried and gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. Formed. As a material of the piezoelectric layer 70, a lead zirconate titanate (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).

【0053】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
低温で結晶化させる方法を用いてもよい。
Further, 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 crystallizing the film at a low temperature by a high-pressure treatment in an alkaline aqueous solution may be used. Good.

【0054】次に、図4(b)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、イリジウム、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。
Next, as shown in FIG. 4B, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 only needs to be a material having high conductivity, and can use many metals such as iridium, aluminum, gold, nickel, and platinum, and a conductive oxide. In the present embodiment, platinum is formed by sputtering.

【0055】次に、図4(c)に示すように、圧電体層
70及び上電極膜80をエッチングして圧電素子300
のパターニングを行う。
Next, as shown in FIG. 4C, the piezoelectric layer 70 and the upper electrode
Is performed.

【0056】次に、図5(a)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毎にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 5A, a lead electrode 90 is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10, and is patterned for each piezoelectric element 300.

【0057】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5(b)に示すように、流路
形成基板10に圧力発生室12、連通部13及びインク
連通路14を形成すると共に、流路形成層40に開口部
41を形成する。すなわち、上述のように所定形状にパ
ターニングした二酸化シリコン層55Bをマスクとして
流路形成基板10を弾性膜50に達するまで異方性エッ
チングすることにより、圧力発生室12が形成され、同
時に流路形成層40に開口部41が形成されることにな
る。また、本実施形態では、流路形成層40の連通部1
3に対向する領域にも、同時に開口部42が形成され
る。
The above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 5B, the pressure generating chamber 12, the communication section 13, and the ink communication path 14 are formed in the flow path forming substrate 10, and the flow path forming layer 40 is formed. An opening 41 is formed in the opening. That is, the pressure generation chamber 12 is formed by anisotropically etching the flow path forming substrate 10 until the elastic film 50 is reached, using the silicon dioxide layer 55B patterned into a predetermined shape as a mask as described above, thereby forming the pressure generation chamber 12 simultaneously. Openings 41 will be formed in layer 40. In the present embodiment, the communication portion 1 of the flow path forming layer 40 is formed.
An opening 42 is also formed in the region facing 3 at the same time.

【0058】この開口部42は、その後、弾性膜50及
び下電極膜60を除去して形成されるインク連通孔51
と共に連通部13とリザーバ部26とを連通する流路と
なる。
The opening 42 is formed with an ink communication hole 51 formed by removing the elastic film 50 and the lower electrode film 60.
In addition, it becomes a flow path that connects the communication portion 13 and the reservoir portion 26.

【0059】以上説明した一連の膜形成及び異方性エッ
チングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成
し、プロセス終了後、図1に示すような一つのチップサ
イズの流路形成基板10毎に分割する。また、分割した
流路形成基板10を、ノズルプレート20及びリザーバ
形成基板30と接着して一体化し、インクジェット式記
録ヘッドとする。その後、図示しないホルダー等に固定
し、キャリッジに搭載されてインクジェット式記録装置
に組み込まれる。
In the series of film formation and anisotropic etching described above, a number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after the process is completed, a flow path forming substrate having one chip size as shown in FIG. Divide every ten. Further, the divided flow path forming substrate 10 is bonded and integrated with the nozzle plate 20 and the reservoir forming substrate 30 to form an ink jet recording head. Then, it is fixed to a holder or the like (not shown), mounted on a carriage, and incorporated in an ink jet recording apparatus.

【0060】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
ンク導入孔38からインクを取り込み、リザーバ100
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、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
層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21からインク滴が吐出す
る。
The ink jet recording head thus configured takes in ink from the ink introduction hole 38 connected to external ink supply means (not shown), and stores the ink in the reservoir 100.
Is filled with ink, a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 according to a recording signal from an external driving circuit (not shown), and the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are applied. Of the pressure generating chamber 12
The pressure inside increases, and ink droplets are ejected from the nozzle opening 21.

【0061】ここで、このように形成した本実施形態の
インクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断
面図を図6に示す。
Here, FIG. 6 shows a plan view and a cross-sectional view showing the main part of the ink jet recording head of the present embodiment thus formed.

【0062】図6に示すように、圧力発生室12の弾性
膜50側の平面形状の少なくとも長手方向の端部が、上
述したように、流路形成層40の開口部41の外縁によ
って規定されている。また、本実施形態では、流路形成
層40の開口部41の幅方向領外の形状は、圧力発生室
12の開口の幅と略同一となるように形成されており、
圧力発生室12の幅も実質的に開口部41の外縁によっ
て規定されている。すなわち、圧電素子300の駆動に
よる振動板の振動領域が、開口部41の外縁によって規
定されている。
As shown in FIG. 6, at least the longitudinal end of the planar shape of the pressure generating chamber 12 on the elastic film 50 side is defined by the outer edge of the opening 41 of the flow path forming layer 40 as described above. ing. In the present embodiment, the shape of the opening 41 of the flow path forming layer 40 outside the width direction is formed so as to be substantially the same as the width of the opening of the pressure generating chamber 12.
The width of the pressure generating chamber 12 is also substantially defined by the outer edge of the opening 41. That is, the vibration area of the diaphragm driven by the piezoelectric element 300 is defined by the outer edge of the opening 41.

【0063】具体的には、本実施形態では、面方位(1
10)面からなる単結晶シリコンからなる流路形成基板
10を異方性エッチングすることにより圧力発生室12
を形成しているため、圧力発生室12の開口形状は略平
行四辺形を有することになる。一方、流路形成層40の
開口部41は略矩形形状を有し、開口部41の長手方向
の外縁が、圧力発生室12の流路形成層40側開口の鈍
角の角部12aと略同一位置又はそれよりも内側に位置
するように設けられている。すなわち、開口部41が圧
力発生室12の開口に内包されており、この開口部41
の外縁によって振動板の振動領域が規定されている。
Specifically, in this embodiment, the plane orientation (1
10) A pressure generating chamber 12 is formed by anisotropically etching a flow path forming substrate 10 made of single crystal silicon having a plane.
Is formed, the opening shape of the pressure generating chamber 12 has a substantially parallelogram. On the other hand, the opening 41 of the flow channel forming layer 40 has a substantially rectangular shape, and the outer edge in the longitudinal direction of the opening 41 is substantially the same as the obtuse corner 12a of the opening of the pressure generating chamber 12 on the flow channel forming layer 40 side. It is provided so as to be located at or at a position inside. That is, the opening 41 is included in the opening of the pressure generating chamber 12, and the opening 41
Defines the vibration area of the diaphragm.

【0064】したがって、圧電素子の駆動による振動板
の変形による応力が、鋭角の角部12bに集中すること
なく分散されるため、振動板の破壊が防止されて耐久性
及び信頼性が向上する。
Accordingly, since the stress due to the deformation of the diaphragm due to the driving of the piezoelectric element is dispersed without concentrating on the sharp corners 12b, the destruction of the diaphragm is prevented, and the durability and reliability are improved.

【0065】また、圧力発生室12の少なくとも圧電素
子側の領域と圧電素子との相対位置精度、すなわち、振
動板の振動領域と圧電素子300との相対位置が高精度
に決定される。したがって、インク吐出特性を向上する
と共に印刷品質の向上を図ることができる。
The relative position accuracy between at least the piezoelectric element side region of the pressure generating chamber 12 and the piezoelectric element, that is, the relative position between the vibration region of the diaphragm and the piezoelectric element 300 is determined with high accuracy. Therefore, it is possible to improve the ink ejection characteristics and the print quality.

【0066】(他の実施形態)以上、本発明の実施形態
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く、材料、構
造等の変更は自由である。
(Other Embodiments) The embodiments of the present invention have been described above. However, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to the above-described one, and the material, structure, and the like can be freely changed. is there.

【0067】例えば、上述の実施形態では、圧力発生室
を流路形成基板を貫通して設けた例を説明したが、これ
に限定されず、例えば、圧力発生室を流路形成基板を貫
通することなくその一方面側に設ける構造としてもよ
い。
For example, in the above-described embodiment, an example in which the pressure generating chamber is provided so as to penetrate the flow path forming substrate has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the pressure generating chamber may penetrate the flow path forming substrate. Alternatively, a structure provided on one surface side may be employed.

【0068】また、例えば、上述の実施形態では、流路
形成基板の一方面側の所定領域に、ボロンをドーピング
することにより、ボロンドープシリコンからなる流路形
成層を設け、エッチングの選択性を付与するようにした
が、これに限定されず、流路形成基板の一方面側に、ポ
リシリコン層等を別途設け、このポリシリコン層の所定
領域にボロン等をドーピングすることによりボロンドー
プポリシリコンからなる流路形成層としエッチングの選
択性を付与するようにしてもよい。何れにしても、流路
形成基板10の一方面側の表面にエッチングの選択性を
付与できるようにできればよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, a channel forming layer made of boron-doped silicon is provided by doping boron in a predetermined region on one surface side of the channel forming substrate, thereby improving etching selectivity. However, the present invention is not limited to this. Boron-doped polysilicon is provided by separately providing a polysilicon layer or the like on one surface side of the flow path forming substrate and doping boron or the like into a predetermined region of the polysilicon layer. The flow path forming layer may be made of and may be provided with etching selectivity. In any case, it suffices if etching selectivity can be given to the surface on one side of the flow path forming substrate 10.

【0069】また、上述した実施形態では、流路形成基
板10の圧電素子側に、圧力発生室12にインクを供給
するリザーバ100を構成するリザーバ部26を有する
リザーバ形成基板30を設けるようにしたが、リザーバ
100等の構造は特に限定されず、例えば、リザーバを
形成する部材を流路形成基板10のノズルプレート20
側に重ねて設けるようにしてもよいし、勿論、流路形成
基板10に設けるようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the reservoir forming substrate 30 having the reservoir 26 constituting the reservoir 100 for supplying the ink to the pressure generating chamber 12 is provided on the piezoelectric element side of the flow path forming substrate 10. However, the structure of the reservoir 100 or the like is not particularly limited. For example, a member forming the reservoir is
Alternatively, it may be provided on the flow path forming substrate 10.

【0070】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.

【0071】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7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 these embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or 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.

【0072】図7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. 7, 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.

【0073】そして、駆動モータ6の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリ
ッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及
び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿っ
て移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に
沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ロ
ーラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シ
ートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるように
なっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, a platen 8 is provided on the apparatus main body 4 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、流路
形成基板の振動板側に流路形成層を設け、この流路形成
層の開口部の外縁が、圧力発生室の少なくとも長手方向
の端部を規定しているので、圧電素子の駆動によって振
動板に掛かる応力の均一化が図られる。これにより、振
動板のクラックの発生、変形等を防止することができ、
信頼性を向上することができる。また、圧電素子と圧力
発生室との相対的な位置精度を向上して、インク吐出特
性を向することができる。
As described above, in the present invention, the flow path forming layer is provided on the vibration plate side of the flow path forming substrate, and the outer edge of the opening of the flow path forming layer is formed at least in the longitudinal direction of the pressure generating chamber. Is defined, the stress applied to the diaphragm by driving the piezoelectric element is made uniform. Thereby, generation of cracks and deformation of the diaphragm can be prevented,
Reliability can be improved. Further, the relative position accuracy between the piezoelectric element and the pressure generating chamber can be improved, and the ink ejection characteristics can be improved.

【0075】[0075]

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

【図1】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す図であり、図1の要部平面図及び要部断
面図である。
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of a main part of FIG. 1, showing 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の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施形態1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 according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態1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 according to the first embodiment 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
録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。
FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a main part of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置を示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic view showing an ink jet recording apparatus according to one 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 連通部 14 インク供給路 20 ノズルプレート 21 ノズル開口 30 リザーバ形成基板 35 コンプライアンス基板 40 流路形成層 41 開口部 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 communication portion 14 ink supply path 20 nozzle plate 21 nozzle opening 30 reservoir forming substrate 35 compliant substrate 40 flow path forming layer 41 opening 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric layer 80 Upper electrode film 300 Piezoelectric element

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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形成される流路形成基板と、この圧
力発生室の一部を構成する振動板を介して前記圧力発生
室に対応する領域に薄膜及びリソグラフィ法により形成
された圧電素子とを備えたインクジェット式記録ヘッド
において、 前記流路形成基板と振動板との間に流路形成層を有し且
つ当該流路形成層には前記圧力発生室に対向する領域に
開口部が形成され、前記圧力発生室の前記流路形成層側
の平面形状の少なくとも長手方向の端部が、前記開口部
の外縁によって規定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 formed of single crystal silicon and having a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and a pressure plate corresponding to the pressure generating chamber via a diaphragm constituting a part of the pressure generating chamber. An ink jet recording head including a thin film and a piezoelectric element formed by a lithography method in a region, comprising: a flow path forming layer between the flow path forming substrate and the vibration plate; An opening is formed in a region facing the pressure generating chamber, and at least an end in the longitudinal direction of the planar shape of the pressure generating chamber on the side of the flow path forming layer is defined by an outer edge of the opening. Inkjet recording head.
【請求項2】 請求項1において、前記流路形成層の開
口部の形状が、前記振動板の振動領域を規定しているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the shape of the opening of the flow path forming layer defines a vibration area of the vibration plate.
【請求項3】 請求項2において、前記流路形成層の開
口部が、前記圧力発生室の前記流路形成層側開口に内包
される略矩形形状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。
3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein the opening of the flow path forming layer has a substantially rectangular shape included in the opening of the pressure generating chamber on the side of the flow path forming layer. .
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記流
路形成層がボロンドープシリコンからなることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッド。
4. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said flow path forming layer is made of boron-doped silicon.
【請求項5】 請求項1〜4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 ink jet recording head according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching.
【請求項6】 請求項1〜5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。
6. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
【請求項7】 単結晶シリコンからなるノズル開口に連
通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、この圧
力発生室の一部を構成する振動板を介して前記圧力発生
室に対応する領域に薄膜及びリソグラフィ法により形成
された圧電素子とを備えるインクジェット式記録ヘッド
の製造方法であって、 前記流路形成基板の一方面側の所定領域にエッチングの
選択性を付与して流路形成層とする工程と、前記流路形
成層上に前記振動板を形成すると共に当該振動板上に圧
電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の他方面側
から異方性エッチングすることにより前記圧力発生室を
形成すると共に、前記流路形成層の前記圧力発生室に対
向する領域に開口部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。
7. A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening made of single-crystal silicon is formed, and a pressure generating chamber corresponding to the pressure generating chamber via a diaphragm constituting a part of the pressure generating chamber. What is claimed is: 1. A method for manufacturing an ink jet recording head, comprising: a thin film and a piezoelectric element formed by a lithography method in a region; Forming a piezoelectric element on the vibration plate while forming the vibration plate on the flow path formation layer, and performing anisotropic etching from the other surface side of the flow path formation substrate Forming the pressure generating chamber and forming an opening in a region of the flow path forming layer facing the pressure generating chamber.
【請求項8】 請求項7において、前記流路形成基板の
一方面側にエッチングの選択を付与する工程では、前記
流路形成基板の表層の前記開口部となる領域以外にボロ
ンをドーピングすることにより、ボロンドープシリコン
からなる前記流路形成層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。
8. The method according to claim 7, wherein, in the step of giving etching selection to one surface side of the flow path forming substrate, boron is doped into a surface layer of the flow path forming substrate other than the region to be the opening. Forming the flow path forming layer made of boron-doped silicon by the method described above.
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