JP2002210965A - Nozzle plate, ink jet recording head and ink jet recorder - Google Patents
Nozzle plate, ink jet recording head and ink jet recorderInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
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
録ヘッド等に用いられるノズルプレート及びインクジェ
ット式記録ヘッド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, and a piezoelectric element is provided through the vibrating plate to displace the piezoelectric element. The present invention relates to a nozzle plate, an ink jet recording head, and an ink jet recording apparatus used for an ink jet recording head or the like for ejecting ink droplets according to the present invention.
【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】[0006]
【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、圧力発生室が流
路形成基板を貫通して形成されているため、圧力発生室
の配列密度を高くすると、圧力発生室を区画する隔壁の
厚みが薄くなり、隣接する圧力発生室間でクロストーク
が発生するという問題がある。However, in such an ink jet recording head, since the pressure generating chambers are formed to penetrate the flow path forming substrate, when the arrangement density of the pressure generating chambers is increased, the pressure generating chambers will not generate pressure. There is a problem that the thickness of the partition wall that partitions the chamber becomes thin, and crosstalk occurs between adjacent pressure generating chambers.
【0007】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、インク滴を吐出するための複数のノズル開口
を穿設したノズルプレートが用いられ、ノズル開口と圧
力発生室とを連通するように流路形成基板とノズルプレ
ートとが接着剤等によって接合されている。このため、
圧力発生室を高密度に配設すると、ノズルプレートと流
路形成基板との接着面積が小さくなるため、接着剤が圧
力発生室内に過度に流れ出す虞がある。In such an ink jet recording head, a nozzle plate having a plurality of nozzle openings for discharging ink droplets is used, and a flow path is formed so that the nozzle openings communicate with the pressure generating chamber. The substrate and the nozzle plate are joined by an adhesive or the like. For this reason,
If the pressure generating chambers are arranged at a high density, the bonding area between the nozzle plate and the flow path forming substrate is reduced, and there is a possibility that the adhesive may excessively flow into the pressure generating chamber.
【0008】本発明は、このような事情に鑑み、流路形
成基板と良好に接着することのできるノズルプレート、
及び圧力発生室を高密度に配列でき、且つクロストーク
を防止できるインクジェット式記録ヘッド並びにインク
ジェット式記録装置を提供することを課題とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been developed in view of the above circumstances.
It is another object of the present invention to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus in which pressure generating chambers can be arranged at high density and crosstalk can be prevented.
【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、シリコン単結晶基板からなると共に
液滴を吐出するノズル開口を複数個有し、前記ノズル開
口と連通する流路が形成される流路形成基板に接着剤を
介して接合されるノズルプレートにおいて、前記流路形
成基板との接着面となる領域に、複数の凹部を有するこ
とを特徴とすることを特徴とするノズルプレートにあ
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display comprising a single crystal silicon substrate, a plurality of nozzle openings for discharging droplets, and a flow passage communicating with the nozzle openings. In a nozzle plate bonded to a flow path forming substrate on which a passage is formed via an adhesive, a plurality of concave portions are provided in a region serving as an adhesive surface with the flow path forming substrate. Nozzle plate.
【0010】かかる第1の態様では、ノズルプレートと
流路形成基板とを接着する際に、無駄な接着剤が凹部に
流れ込むため、流路への流れ込みが防止される。In the first aspect, when the nozzle plate and the flow path forming substrate are bonded to each other, useless adhesive flows into the concave portion, so that flow into the flow path is prevented.
【0011】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記凹部が、前記流路の周縁に対向する領域に設け
られていることを特徴とするノズルプレートにある。According to a second aspect of the present invention, there is provided the nozzle plate according to the first aspect, wherein the concave portion is provided in a region facing a peripheral edge of the flow path.
【0012】かかる第2の態様では、接着剤が流路に流
れ込むのをより確実に防止することができる。According to the second aspect, it is possible to more reliably prevent the adhesive from flowing into the flow path.
【0013】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記流路形成基板との接合面とは反対面の前
記ノズル開口に対応する領域に、厚さ方向の一部が除去
されたクレータ部又はスリット部を有することを特徴と
するノズルプレートにある。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, a part in the thickness direction is provided in a region corresponding to the nozzle opening on a surface opposite to a bonding surface with the flow path forming substrate. A nozzle plate having a crater portion or a slit portion removed.
【0014】かかる第3の態様では、インク滴がノズル
開口からクレータ部又はスリット部を介して吐出され、
ノズル開口の周縁部が保護される。In the third aspect, the ink droplet is ejected from the nozzle opening through the crater or the slit,
The periphery of the nozzle opening is protected.
【0015】本発明の第4の態様は、第3の態様におい
て、前記凹部と前記クレータ部又はスリット部とが、同
一工程で形成されていることを特徴とするノズルプレー
トにある。A fourth aspect of the present invention is the nozzle plate according to the third aspect, wherein the concave portion and the crater portion or the slit portion are formed in the same step.
【0016】かかる第4の態様では、製造工程が簡略化
され、凹部を比較的容易に形成することができる。In the fourth aspect, the manufacturing process is simplified, and the concave portion can be formed relatively easily.
【0017】本発明の第5の態様は、第1〜4の何れか
の態様において、前記単結晶シリコン基板の主面が(1
00)方位であり、前記凹部が異方性エッチングによっ
て形成されていることを特徴とするノズルプレートにあ
る。According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the main surface of the single crystal silicon substrate is (1).
00) Orientation, wherein the recess is formed by anisotropic etching.
【0018】かかる第5の態様では、凹部の深さ制御が
容易となり、凹部を容易且つ高精度に形成することがで
きる。In the fifth aspect, the depth of the concave portion can be easily controlled, and the concave portion can be formed easily and with high precision.
【0019】本発明の第6の態様は、ノズル開口が穿設
されたノズルプレートと、この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
の圧力発生室に対応する領域に振動板を介して設けられ
た下電極、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、前記ノズ
ルプレートと前記流路形成基板とが接着剤を介して接合
され、前記ノズルプレートは、前記流路形成基板との接
合面の前記接着剤に対応する領域に、複数の凹部を有す
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 sixth aspect of the present invention, there is provided a nozzle plate having a nozzle opening, a flow path forming substrate defining a pressure generation chamber communicating with the nozzle opening, and a pressure of the flow path forming substrate. In an ink jet recording head including a lower electrode provided in a region corresponding to a generation chamber via a vibration plate, a piezoelectric element including a piezoelectric layer and an upper electrode, the nozzle plate and the flow path forming substrate are bonded to each other. The ink jet recording head is characterized in that the nozzle plate has a plurality of recesses in a region corresponding to the adhesive on a bonding surface with the flow path forming substrate.
【0020】かかる第6の態様では、ノズルプレートと
流路形成基板とを接着する際に、無駄な接着剤が凹部に
流れ込むため、圧力発生室への流れ込みが防止され、接
着による特性劣化を防止できる。In the sixth aspect, when the nozzle plate and the flow path forming substrate are bonded to each other, useless adhesive flows into the concave portion, so that flow into the pressure generating chamber is prevented, and characteristic deterioration due to bonding is prevented. it can.
【0021】本発明の第7の態様は、第6の態様におい
て、前記凹部が、前記ノズルプレートの前記圧力発生室
の周縁に対向する領域に設けら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 seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the concave portion is provided in a region of the nozzle plate facing a periphery of the pressure generating chamber. It is in.
【0022】かかる第7の態様では、圧力発生室への接
着剤の流れ込みをより確実に防止することができる。According to the seventh aspect, it is possible to more reliably prevent the adhesive from flowing into the pressure generating chamber.
【0023】本発明の第8の態様は、第6又は7の態様
において、前記ノズルプレートがシリコン単結晶基板か
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。An eighth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the sixth or seventh aspect, wherein the nozzle plate is made of a silicon single crystal substrate.
【0024】かかる第8の態様では、ノズル開口及び凹
部を、容易且つ高精度に形成することができる。According to the eighth aspect, the nozzle opening and the concave portion can be formed easily and with high precision.
【0025】本発明の第9の態様は、第8の態様におい
て、前記シリコン単結晶基板の主面が(100)方位で
あり、前記凹部が異方性エッチングによって形成されて
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 ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect, the main surface of the silicon single crystal substrate has a (100) orientation, and the concave portion is formed by anisotropic etching. Ink-jet recording head.
【0026】かかる第9の態様では、凹部の深さ制御が
容易となり、凹部を容易且つ高精度に形成することがで
きる。According to the ninth aspect, the depth of the concave portion can be easily controlled, and the concave portion can be formed easily and with high precision.
【0027】本発明の第10の態様は、第6〜9の何れ
かの態様において、前記ノズルプレートは、前記流路形
成基板との接合面とは反対面の前記ノズル開口に対応す
る領域に、厚さ方向の一部が除去されたクレータ部又は
スリット部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 tenth aspect of the present invention, in any one of the sixth to ninth aspects, the nozzle plate is provided in an area corresponding to the nozzle opening on a surface opposite to a bonding surface with the flow path forming substrate. And a crater portion or a slit portion which is partially removed in the thickness direction.
【0028】かかる第10の態様では、インク滴がノズ
ル開口からクレータ部又はスリット部を介して吐出さ
れ、ノズル開口の周縁部が保護される。In the tenth aspect, the ink droplet is discharged from the nozzle opening through the crater or the slit to protect the peripheral edge of the nozzle opening.
【0029】本発明の第11の態様は、第10の態様に
おいて、前記ノズルプレートの前記凹部と前記クレータ
部又は前記スリット部とが、同一工程で形成されている
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 an eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect, the concave portion of the nozzle plate and the crater portion or the slit portion are formed in the same step. In the head.
【0030】かかる第11の態様では、製造工程が簡略
化され、凹部を比較的容易に形成することができる。In the eleventh aspect, the manufacturing process is simplified, and the concave portion can be formed relatively easily.
【0031】本発明の第12の態様は、第6〜11の何
れかの態様において、前記圧電体層は、結晶が優先配向
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。A twelfth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the sixth to eleventh aspects, wherein the piezoelectric layer has crystals preferentially oriented.
【0032】かかる第12の態様では、圧電体層が薄膜
工程で成膜された結果、結晶が優先配向している。In the twelfth aspect, as a result of the piezoelectric layer being formed in the thin film process, the crystals are preferentially oriented.
【0033】本発明の第13の態様は、第12の態様に
おいて、前記圧電体層は、結晶が柱状となっていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。A thirteenth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the twelfth aspect, wherein the piezoelectric layer has a columnar crystal.
【0034】かかる第13の態様では、圧電体層が薄膜
工程で成膜された結果、結晶が柱状となっている。In the thirteenth aspect, as a result of the piezoelectric layer being formed in the thin film process, the crystal has a columnar shape.
【0035】本発明の第14の態様は、第6〜13の何
れかの態様において、前記圧電体層の膜厚が、0.5〜
3μmであることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドにある。According to a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the sixth to thirteenth aspects, the piezoelectric layer has a thickness of 0.5 to 0.5.
An ink jet recording head having a thickness of 3 μm.
【0036】かかる第14の態様では、圧電体層の膜厚
が比較的薄いため、高密度のパターニングが可能とな
る。In the fourteenth aspect, since the thickness of the piezoelectric layer is relatively small, high-density patterning is possible.
【0037】本発明の第15の態様は、第6〜14の何
れかの態様において、前記圧力発生室の配列密度が20
0dpi以上であることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドにある。According to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the sixth to fourteenth aspects, the arrangement density of the pressure generating chambers is 20.
The ink jet recording head is characterized by having a resolution of 0 dpi or more.
【0038】かかる第15の態様では、圧力発生室が高
密度に配列されているため、高速且つ高画質印刷を実現
することができる。In the fifteenth aspect, since the pressure generating chambers are arranged at high density, high-speed and high-quality printing can be realized.
【0039】本発明の第16の態様は、第6〜15の何
れかの態様において、前記流路形成基板の厚さが、10
0μm以下であることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドにある。According to a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the sixth to fifteenth aspects, the flow path forming substrate has a thickness of 10
An ink jet recording head having a thickness of 0 μm or less.
【0040】かかる第16の態様では、圧力発生室を高
密度に配列しても、圧力発生室間の隔壁の剛性が保持さ
れ、クロストークが防止される。In the sixteenth aspect, even if the pressure generating chambers are arranged at high density, the rigidity of the partition between the pressure generating chambers is maintained, and crosstalk is prevented.
【0041】本発明の第17の態様は、第6〜16の何
れかの態様において、前記流路形成基板が、前記圧力発
生室を形成後に研磨されて、所定の厚さとなっているこ
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 seventeenth aspect of the present invention, in any one of the sixth to sixteenth aspects, the flow path forming substrate is polished after forming the pressure generating chamber to have a predetermined thickness. The feature is the ink jet recording head.
【0042】かかる第17の態様では、流路形成基板を
圧力発生室形成後に研磨するため、流路形成基板の取り
扱いが容易であり、且つ流路形成基板の厚さを容易に薄
くできる。In the seventeenth aspect, since the passage-forming substrate is polished after the formation of the pressure generating chamber, the handling of the passage-forming substrate is easy, and the thickness of the passage-forming substrate can be easily reduced.
【0043】本発明の第18の態様は、第6〜17の何
れかの態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶
基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子
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 an eighteenth aspect of the present invention, in any one of the sixth to seventeenth aspects, the pressure generation chamber is formed in a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer constituting the piezoelectric element is formed. An ink jet recording head is formed by a film and a lithography method.
【0044】かかる第18の態様では、比較的容易に圧
力発生室を高精度且つ高密度に形成することができる。In the eighteenth aspect, the pressure generating chamber can be formed relatively easily with high precision and high density.
【0045】本発明の第19の態様は、第6〜18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 nineteenth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus including the ink jet recording head according to any one of the sixth to eighteenth aspects.
【0046】かかる第19の態様では、高速且つ高品質
印刷が可能なインクジェット式記録装置を実現できる。According to the nineteenth aspect, an ink jet recording apparatus capable of high-speed and high-quality printing can be realized.
【0047】[0047]
【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.
【0048】(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.
【0049】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。この流路形成基板10の一方の面は開口面とな
り、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリ
コンからなる、厚さ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 formed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. One surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and the other surface is formed with an elastic film 50 having a thickness of 1 to 2 μm and made of silicon dioxide formed in advance by thermal oxidation.
【0050】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によって区画された圧力発生室12が幅方向に並設
されている。この圧力発生室12の配列密度は、1イン
チ当たり200個以上、すなわち、200dpi以上で
あることが好ましく、例えば、本実施形態では、360
dpiである。また、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 anisotropically etched on a silicon single crystal substrate, and are arranged in parallel in the width direction. The array density of the pressure generating chambers 12 is preferably 200 or more per inch, that is, 200 dpi or more. For example, in this embodiment, 360
dpi. On the outside in the longitudinal direction, there is formed a communication part 13 which forms 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 generation chamber 12. Each of the generating chambers 12 communicates with one longitudinal end of the generating chamber 12 via an ink supply path 14.
【0051】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面
と、この第1の(111)面と約70度の角度をなし且
つ上記(110)面と約35度の角度をなす第2の(1
11)面とが出現し、(110)面のエッチングレート
と比較して(111)面のエッチングレートが約1/1
80であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第1の(11
1)面と斜めの二つの第2の(111)面とで形成され
る平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行う
ことができ、圧力発生室12を高密度に配列することが
できる。Here, in the anisotropic etching, when the silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the substrate is gradually eroded, and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane A second (1) which forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane.
11) plane, and the etching rate of the (111) plane is about 1/1 compared to the etching rate of the (110) plane.
This is performed using the property of being 80.
By such anisotropic etching, two first (11
Precision processing can be performed based on depth processing of a parallelogram formed by the 1) plane and two oblique second (111) planes, and the pressure generating chambers 12 can be arranged at high density. it can.
【0052】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.
【0053】このような流路形成基板10の厚さは、圧
力発生室12を配列密度に合わせて最適な厚さを選択す
ればよく、例えば、180dpi程度の配列密度であれ
ば、流路形成基板10の厚さは、220μm程度であれ
ばよいが、本実施形態のように、圧力発生室12を20
0dpi以上と比較的高密度に配列する場合には、流路
形成基板10の厚さは、100μm以下と比較的薄くす
るのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室12間の
隔壁11の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。The thickness of the flow path forming substrate 10 may be selected in accordance with the arrangement density of the pressure generating chambers 12. For example, if the arrangement density is about 180 dpi, the flow path formation substrate 10 may be formed. The thickness of the substrate 10 may be about 220 μm.
In the case of arranging at a relatively high density of 0 dpi or more, it is preferable that the thickness of the flow path forming substrate 10 be relatively thin, 100 μm or less. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition 11 between the adjacent pressure generating chambers 12.
【0054】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
接着剤によって接合されている。本発明のノズルプレー
ト20は、面方位(100)のシリコン単結晶基板から
なり、ノズル開口21はこのシリコン単結晶基板をドラ
イエッチングすることによって形成されている。なお、
本実施形態では、ノズル開口21は、インク滴が吐出さ
れるノズル部21aと、ノズル部21aよりも大きい径
で形成されノズル部21aと圧力発生室12とを連通す
るノズル連通部21bとからなる。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 joined by an adhesive. The nozzle plate 20 of the present invention is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (100), and the nozzle openings 21 are formed by dry-etching this silicon single crystal substrate. In addition,
In the present embodiment, the nozzle opening 21 includes a nozzle portion 21a from which ink droplets are ejected, and a nozzle communication portion 21b formed with a larger diameter than the nozzle portion 21a and communicating the nozzle portion 21a and the pressure generating chamber 12. .
【0055】ここで、このノズル開口21のノズル部2
1aの大きさと圧力発生室12の大きさとは、吐出する
インク滴の量、吐出スピード、吐出周波数等に応じて最
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、ノズル部21aは数十μmの直径で
精度よく形成する必要がある。Here, the nozzle portion 2 of the nozzle opening 21
The size of 1a and the size of the pressure generating chamber 12 are optimized according to the amount of ink droplets to be ejected, the ejection speed, the ejection frequency, and the like. For example, when recording 360 ink droplets per inch, the nozzle portion 21a needs to be formed with a diameter of several tens μm with high accuracy.
【0056】また、ノズルプレート20には、図3
(a)に示すように、流路形成基板10との接合面とは
反対面のノズル開口21の列に対応する領域に、厚さ方
向の一部を除去したクレータ部22が設けられ、このク
レータ部22によってノズル開口21の周縁部が保護さ
れている。クレータ部22は、本実施形態では、複数の
ノズル開口21に対応して連続的に設けられ、各ノズル
開口21のノズル部21aがクレータ部22内で開口し
ている。Further, FIG.
As shown in (a), a crater portion 22 having a part removed in a thickness direction is provided in a region corresponding to a row of nozzle openings 21 on a surface opposite to a bonding surface with the flow path forming substrate 10. The peripheral portion of the nozzle opening 21 is protected by the crater portion 22. In the present embodiment, the crater portions 22 are provided continuously corresponding to the plurality of nozzle openings 21, and the nozzle portions 21 a of the respective nozzle openings 21 are opened in the crater portion 22.
【0057】また、本実施形態では、ノズルプレート2
0にノズル開口21の列に対応する領域の厚さ方向の一
部を除去したクレータ部22を形成するようにしたが、
これに限定されず、例えば、図3(b)に示すように、
ノズルプレート20の端部まで連続的に厚さ方向の一部
を除去したスリット部24を設けるようにしてもよい。In this embodiment, the nozzle plate 2
Although the crater portion 22 is formed by removing a part of the region corresponding to the row of the nozzle openings 21 in the thickness direction at 0,
Without being limited to this, for example, as shown in FIG.
A slit 24 may be provided in which a part of the nozzle plate 20 in the thickness direction is continuously removed up to the end.
【0058】なお、クレータ部22は、本実施形態で
は、ノズル開口21の列に対応する領域に連続的に設け
られているが、勿論、図3(c)に示すように、各ノズ
ル開口21毎に個別に設けるようにしてもよい。In this embodiment, the crater portion 22 is provided continuously in a region corresponding to the row of the nozzle openings 21. Of course, as shown in FIG. It may be provided individually for each.
【0059】また、本実施形態のノズルプレート20
は、流路形成基板10との接着部分、例えば、圧力発生
室12の周囲に対応する領域に、各圧力発生室12の周
縁に沿って複数の凹部23が設けられている。このよう
な凹部23を設けることにより、詳しくは後述するが、
ノズルプレート20と流路形成基板10とを接着剤を介
して接着する際に、無駄な接着剤がこの凹部23に流れ
込むため、接着剤が圧力発生室12内へ過度に流れ込む
のを防止することができる。Further, the nozzle plate 20 of the present embodiment
A plurality of recesses 23 are provided along the periphery of each pressure generating chamber 12 in a portion that is bonded to the flow path forming substrate 10, for example, in a region corresponding to the periphery of the pressure generating chamber 12. By providing such a concave portion 23, as described later in detail,
When the nozzle plate 20 and the flow path forming substrate 10 are bonded to each other with an adhesive, useless adhesive flows into the concave portion 23, thereby preventing the adhesive from excessively flowing into the pressure generating chamber 12. Can be.
【0060】さらに、ノズルプレート20は、流路形成
基板10と同一材料で形成されているため、流路形成基
板10との接着時の熱工程や実装時の後工程の熱工程
で、反りや反応の発生がなく、流路形成基板10あるい
はノズルプレート20に割れが発生することがない。ま
た、ノズルプレート20がシリコン単結晶基板からなる
ため、ノズルプレート20側から赤外線反射等によっ
て、凹部23と圧力発生室12との位置合わせを容易且
つ高精度に行うことができる。Further, since the nozzle plate 20 is formed of the same material as that of the flow path forming substrate 10, the nozzle plate 20 may not be warped in a heating step at the time of bonding to the flow path forming substrate 10 or a heating step of a subsequent step at the time of mounting. No reaction occurs, and no cracks occur in the flow path forming substrate 10 or the nozzle plate 20. In addition, since the nozzle plate 20 is made of a silicon single crystal substrate, the positioning between the concave portion 23 and the pressure generating chamber 12 can be easily and accurately performed by infrared reflection from the nozzle plate 20 side.
【0061】このようなノズルプレート20の形成方法
は、特に限定されないが、例えば、以下の工程で形成で
きる。The method of forming such a nozzle plate 20 is not particularly limited, but can be formed, for example, by the following steps.
【0062】まず、図4(a)に示すように、ノズルプ
レートとなるシリコン単結晶基板200の一方面側に、
例えば、酸化シリコンからなりノズル開口21となる領
域に所定形状の開口210aを有するマスク210を設
け、このマスク210を介してドライエッチングするこ
とによってエッチング穴21cを形成する。次に、図4
(b)に示すように、マスク210をハーフエッチング
した後、さらにシリコン単結晶基板200をドライエッ
チングしてノズル部21a及びノズル連通部21bから
なるノズル開口21を形成する。なお、本実施形態で
は、ノズル部21a及びノズル連通部21bのそれぞれ
をドライエッチングによって形成するようにしたが、こ
れに限定されず、ノズル連通部21bは、ウェットエッ
チングによって形成してもよい。First, as shown in FIG. 4A, one side of a silicon single crystal substrate 200 serving as a nozzle plate is
For example, a mask 210 having an opening 210a of a predetermined shape is provided in a region to be the nozzle opening 21 made of silicon oxide, and dry etching is performed through the mask 210 to form an etching hole 21c. Next, FIG.
As shown in (b), after the mask 210 is half-etched, the silicon single crystal substrate 200 is further dry-etched to form the nozzle openings 21 including the nozzle portions 21a and the nozzle communication portions 21b. In the present embodiment, each of the nozzle portion 21a and the nozzle communication portion 21b is formed by dry etching. However, the present invention is not limited to this, and the nozzle communication portion 21b may be formed by wet etching.
【0063】次いで、図4(c)に示すように、シリコ
ン単結晶基板200の他方面側に、クレータ部22が形
成される領域に開口211aを有するマスク211を設
けると共に、シリコン単結晶基板200の一方面側に、
凹部23が形成される領域に開口212aを有するマス
ク212を設ける。次に、図4(d)に示すように、こ
れらのマスク211を介してシリコン単結晶基板200
を異方性エッチング(ハーフエッチング)することによ
り、所定深さのクレータ部22を形成する。これによ
り、クレータ部22とノズル開口21のノズル部21a
とが連通する。また、同時に、マスク212を介してシ
リコン単結晶基板200を異方性エッチングすることよ
り、クレータ部22と共に凹部23を形成する。Next, as shown in FIG. 4C, a mask 211 having an opening 211a in a region where the crater portion 22 is formed is provided on the other surface of the silicon single crystal substrate 200, and the silicon single crystal substrate 200 is formed. On one side of
A mask 212 having an opening 212a is provided in a region where the recess 23 is formed. Next, as shown in FIG. 4D, the silicon single crystal substrate 200 is
Is anisotropically etched (half-etched) to form a crater portion 22 having a predetermined depth. Thereby, the crater portion 22 and the nozzle portion 21a of the nozzle opening 21 are formed.
Communicates with At the same time, the silicon single crystal substrate 200 is anisotropically etched through the mask 212 to form the concave portions 23 together with the crater portions 22.
【0064】ここで、本実施形態では、ノズルプレート
20が面方位(100)のシリコン単結晶基板からな
り、また、各凹部23の開口面積が比較的小さい。この
ため、シリコン単結晶基板200を異方性エッチングす
ると、シリコン単結晶基板の(111)面が露出されて
エッチングが自動的に停止するため、所定深さの凹部2
3を容易且つ高精度に形成することができる。なお、ク
レータ部22の深さは、エッチング時間によって調整す
ればよい。Here, in this embodiment, the nozzle plate 20 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (100), and the opening area of each recess 23 is relatively small. Therefore, when the silicon single crystal substrate 200 is anisotropically etched, the (111) plane of the silicon single crystal substrate is exposed and the etching is automatically stopped.
3 can be easily and accurately formed. Note that the depth of the crater portion 22 may be adjusted according to the etching time.
【0065】また、このようなクレータ部22と凹部2
3とは、シリコン単結晶基板200を両面から同時に異
方性エッチングすることにより、同一工程で形成するこ
とができる。したがって、製造工程を増やすことく、凹
部23を比較的容易に形成することができる。The crater portion 22 and the recess 2
3 can be formed in the same step by simultaneously anisotropically etching the silicon single crystal substrate 200 from both sides. Therefore, the concave portion 23 can be formed relatively easily without increasing the number of manufacturing steps.
【0066】なお、本実施形態では、ノズルプレート2
0にノズル開口21のノズル部21aと連通するクレー
タ部22を設けるようにしたが、このクレータ部22は
設けなくてもよい。この場合には、ノズルプレートとな
るシリコン単結晶基板200の一方面側をエッチングし
て凹部23を形成する際、同時に他方面側全面をエッチ
ングして、ノズル部21aが開口されればよい。In this embodiment, the nozzle plate 2
Although the crater portion 22 communicating with the nozzle portion 21a of the nozzle opening 21 is provided at 0, the crater portion 22 may not be provided. In this case, when the concave portion 23 is formed by etching one surface of the silicon single crystal substrate 200 serving as a nozzle plate, the entire surface of the other surface is simultaneously etched to open the nozzle portion 21a.
【0067】一方、流路形成基板10に設けられた弾性
膜50上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜
60と、厚さが例えば、約0.5〜3μmの圧電体層7
0と、厚さが例えば、約0.1μmの上電極膜80と
が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子30
0を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極
膜60、圧電体層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320という。本実施
形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極と
し、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としてい
るが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障は
ない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体
能動部が形成されていることになる。また、ここでは、
圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位
が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称す
る。On the other hand, the lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm and the piezoelectric film having a thickness of, for example, about 0.5 to 3 μm are formed on the elastic film 50 provided on the flow path forming substrate 10. Body layer 7
0 and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm,
0. 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 320. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300 and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Also, here
The combination of the piezoelectric element 300 and the diaphragm whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 is referred to as a piezoelectric actuator.
【0068】ここで、このようなインクジェット式記録
ヘッドの製造方法は、特に限定されないが、その一例を
以下に、図5及び図6を参照して説明する。図4及び図
5は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。Here, the method of manufacturing such an ink jet recording head is not particularly limited, but one example thereof will be described below with reference to FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views of the pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction.
【0069】まず、図5(a)に示すように、流路形成
基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約110
0℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜50を形成する。なお、このシリコン単結晶基板のウ
ェハは、できる限り薄いものを用いるのが好ましいが、
あまり薄いものは取り扱いが困難であるため、本実施形
態では、200〜220μm程度の厚さのものを使用し
ている。First, as shown in FIG. 5 (a), a silicon single crystal
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form an elastic film 50 made of silicon dioxide. It is preferable that the silicon single crystal substrate wafer be as thin as possible.
Since an extremely thin one is difficult to handle, in this embodiment, a thickness of about 200 to 220 μm is used.
【0070】次に、図5(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を弾性膜50の全面に形成後、下
電極膜60をパターニングして全体パターンを形成す
る。この下電極膜60の材料としては、白金(Pt)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。Next, as shown in FIG. 5B, after the lower electrode film 60 is formed on the entire surface of the elastic film 50 by sputtering, the lower electrode film 60 is patterned to form an entire pattern. Preferable material for the lower electrode film 60 is platinum (Pt) or the like. This is because it is necessary to crystallize a piezoelectric layer 70 described later formed by a sputtering method or a sol-gel method by firing at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. Because. 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.
【0071】次に、図5(c)に示すように、圧電体層
70を成膜する。この圧電体層70は、結晶が配向して
いることが好ましい。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
いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層
70とした。圧電体層70の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛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
法で形成してもよい。Next, as shown in FIG. 5C, a piezoelectric layer 70 is formed. In the piezoelectric layer 70, it is preferable that crystals are oriented. For example, in the present embodiment, a so-called sol-gel method in which a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a catalyst is applied and dried to form a gel, and then fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. To form a piezoelectric layer 70 in which crystals are oriented. As a material for the piezoelectric layer 70, a lead zirconate titanate-based material is suitable when used in an ink jet recording head. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited, and may be, for example, a sputtering method.
【0072】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
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。Further, after forming a precursor film of lead zirconate titanate by a sol-gel method, a sputtering method or the like,
A method of growing crystals at a low temperature by a high-pressure treatment method in an alkaline aqueous solution may be used.
【0073】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, unlike the bulk piezoelectric, the piezoelectric layer 70 formed as described above has crystals preferentially oriented, and in the present embodiment, the piezoelectric layer 70 has 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.
【0074】次に、図5(d)に示すように、上電極膜
80を成膜する。上電極膜80は、導電性の高い材料で
あればよく、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. 5D, 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 aluminum, gold, nickel, and platinum, and a conductive oxide. In the present embodiment, platinum is formed by sputtering.
【0075】次に、図6(a)に示すように、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3
00のパターニングを行う。Next, as shown in FIG. 6A, only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode
00 patterning is performed.
【0076】次に、図6(b)に示すように、リード電
極90を形成する。具体的には、例えば、金(Au)等
からなるリード電極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. 6B, a lead electrode 90 is formed. Specifically, for example, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10 and is patterned for each piezoelectric element 300.
【0077】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、前述したアルカリ溶液によるシ
リコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、図5
(c)に示すように、圧力発生室12、連通部13及び
インク供給路14等を形成する。The above is the film forming process. After forming the film in this manner, anisotropic etching of the silicon single crystal substrate was performed using the above-described alkali solution, and FIG.
As shown in (c), the pressure generating chamber 12, the communication section 13, the ink supply path 14, and the like are formed.
【0078】その後、図6(d)に示すように、この流
路形成基板10の圧電素子300とは反対側の表面を研
磨して、流路形成基板10を所定の厚さ、本実施形態で
は、約70〜80μmの厚さにした。Thereafter, as shown in FIG. 6D, the surface of the flow path forming substrate 10 on the side opposite to the piezoelectric element 300 is polished so that the flow path forming substrate 10 has a predetermined thickness. Then, the thickness was set to about 70 to 80 μm.
【0079】このように流路形成基板10を所定の厚さ
とした後、流路形成基板10にノズル開口21が形成さ
れたノズルプレート20を接着剤によって接合する。こ
のとき、本実施形態では、ノズルプレート20の流路形
成基板10との接着部分に複数の凹部23が形成されて
いるため、図7(a)に示すように、無駄な接着剤25
がこの凹部23に流れ込み、接着剤25が圧力発生室1
2内に過度に流れ込むことがない。これにより、流路形
成基板10とノズルプレート20とを良好に接合するこ
とができ、接着による特性劣化を防止することができ
る。一方、ノズルプレート20に凹部23が設けられて
いない場合には、図7(b)に示すように、圧力発生室
12内に接着剤25が過度に流れ込む。特に激しいとき
には、振動板にまで接着剤が流れ込み、特性劣化が生じ
る虞がある。After the flow path forming substrate 10 has a predetermined thickness in this way, the nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed thereon is joined to the flow path forming substrate 10 with an adhesive. At this time, in the present embodiment, since the plurality of recesses 23 are formed in the bonding portion of the nozzle plate 20 with the flow path forming substrate 10, as shown in FIG.
Flows into the concave portion 23, and the adhesive 25
2 does not flow excessively. Thereby, the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 can be satisfactorily joined, and the characteristic deterioration due to adhesion can be prevented. On the other hand, when the concave portion 23 is not provided in the nozzle plate 20, the adhesive 25 flows into the pressure generating chamber 12 excessively as shown in FIG. In particular, when the vibration is severe, the adhesive may flow into the diaphragm, and the characteristics may be deteriorated.
【0080】このように、本実施形態では、流路形成基
板10を研磨して薄くし、その後、凹部23を有するノ
ズルプレート20を接着するようにしたので、流路形成
基板10とノズルプレート20とを良好に接着すること
ができると共に、流路形成基板10の厚さを比較的容易
に薄くすることができる。これにより、接着による特性
劣化を防止できると共に、隔壁11の剛性が向上される
ため、圧力発生室12を比較的高密度に配列してもクロ
ストークを防止することができる。したがって、高速且
つ高画質印刷を実現したインクジェット式記録ヘッドを
実現することができる。As described above, in this embodiment, the flow path forming substrate 10 is polished and thinned, and then the nozzle plate 20 having the concave portion 23 is bonded. Can be satisfactorily bonded, and the thickness of the flow path forming substrate 10 can be relatively easily reduced. As a result, it is possible to prevent the characteristic deterioration due to the adhesion and to improve the rigidity of the partition wall 11, so that the crosstalk can be prevented even if the pressure generating chambers 12 are arranged at a relatively high density. Therefore, it is possible to realize an ink jet recording head that realizes high-speed and high-quality printing.
【0081】なお、このような凹部23は、ノズルプレ
ート20の流路形成基板10との接着部分であれば何れ
の位置に形成してもよいが、本実施形態のように、圧力
発生室12の周縁に沿って形成するのが好ましい(図1
参照)。これにより、圧力発生室12内への接着剤の流
れ込みを効果的に抑えることができる。The concave portion 23 may be formed at any position as long as it is an adhesive portion of the nozzle plate 20 to the flow path forming substrate 10, but as in the present embodiment, the pressure generating chamber 12 Is preferably formed along the periphery of (FIG. 1)
reference). As a result, the flow of the adhesive into the pressure generating chamber 12 can be effectively suppressed.
【0082】また、上述した圧電素子300、圧力発生
室12等は、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毎に分割する。そして、分割した流路
形成基板10に、後述するリザーバ形成基板30及びコ
ンプライアンス基板40を順次接着して一体化し、イン
クジェット式記録ヘッドとする。The piezoelectric element 300, the pressure generating chamber 12, and the like described above form a large number of chips on a single wafer simultaneously by a series of film formation and anisotropic etching. The flow path is divided for each flow path forming substrate 10 of one chip size as shown. Then, a reservoir forming substrate 30 and a compliance substrate 40, which will be described later, are sequentially bonded and integrated with the divided flow path forming substrate 10 to form an ink jet recording head.
【0083】すなわち、図1及び図2に示すように、圧
力発生室12等が形成された流路形成基板10の圧電素
子300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31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31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12の幅方向に亘って形成されている。そして、こ
のリザーバ部31が、弾性膜50及び下電極膜60を貫
通して設けられる貫通孔51を介して流路形成基板10
の連通部13と連通され、各圧力発生室12の共通のイ
ンク室となるリザーバ100が構成されている。That is, as shown in FIGS. 1 and 2, a reservoir section 31 constituting at least a part of the reservoir 100 is provided on the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate 10 in which the pressure generating chambers 12 and the like are formed. The reservoir forming substrate 30 is joined. In the present embodiment, the reservoir portion 31 is formed so as to penetrate the reservoir forming substrate 30 in the thickness direction and to extend in the width direction of the pressure generating chamber 12. Then, the reservoir portion 31 is formed through the elastic film 50 and the lower electrode film 60 through a through hole 51 provided through the flow path forming substrate 10.
The reservoir 100 is configured to communicate with the communication portion 13 of the pressure generating chamber 12 and serve as a common ink chamber for each pressure generating chamber 12.
【0084】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、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。したがって、製造工程を簡略化することができ
る。As the reservoir forming substrate 30, it is preferable to use a material having substantially the same coefficient of thermal expansion 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, even when bonding is performed at a high temperature using a thermosetting adhesive, both can be reliably bonded. Therefore, the manufacturing process can be simplified.
【0085】さらに、このリザーバ形成基板30には、
封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス
基板40が接合されている。ここで、封止膜41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41によってリザーバ部31の一方面が
封止されている。また、固定板42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42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43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41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32となっている。Further, the reservoir forming substrate 30 includes:
The compliance substrate 40 including the sealing film 41 and the fixing plate 42 is joined. Here, the sealing film 41 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 41 seals one surface of the reservoir 31. Has been stopped. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SU) having a thickness of 30 μm.
S) etc.). The reservoir 10 of the fixing plate 42
Since the region opposing to 0 is an opening 43 completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with the sealing film 41 having flexibility, and the internal pressure changes. Thus, the flexible portion 32 is deformable.
【0086】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40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35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35とリザーバ100の側壁とを連通するイ
ンク導入路36が設けられている。Further, an ink introduction port 35 for supplying ink to the reservoir 100 is formed on the compliance substrate 40 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 36 that communicates the ink introduction port 35 with the side wall of the reservoir 100.
【0087】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33が設けられている。そして、圧
電素子300の少なくとも圧電体能動部320は、この
圧電素子保持部33内に密封され、大気中の水分等の外
部環境に起因する圧電素子300の破壊を防止してい
る。On the other hand, the piezoelectric element 3 of the reservoir forming substrate 30
A piezoelectric element holding portion 33 that seals the space is provided in a region opposed to 00 while securing a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300. At least the piezoelectric active portion 320 of the piezoelectric element 300 is sealed in the piezoelectric element holding portion 33 to prevent the piezoelectric element 300 from being destroyed due to an external environment such as moisture in the atmosphere.
【0088】なお、このように構成したインクジェット
式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続
したインク導入口35からインクを取り込み、リザーバ
100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、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に
従い、上電極膜80と下電極膜60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 constructed takes in ink from an ink inlet 35 connected to an external ink supply means (not shown), and fills the inside from the reservoir 100 to the nozzle opening 21 with ink. By applying a voltage between the upper electrode film 80 and the lower electrode film 60 in accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 are flexibly deformed. Then, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle opening 21.
【0089】(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.
【0090】例えば、上述の実施形態では、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。For example, in the above-described embodiment, 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 sticking.
【0091】また、上述の実施形態では、たわみ変位型
の圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドについ
て説明したが、例えば、圧電材料と電極形成材料とをサ
ンドイッチ状に交互に挟んで積層した構造の縦振動モー
ドの圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。In the above-described embodiment, an ink jet recording head having a flexural displacement type piezoelectric element has been described. For example, a vertical material having a structure in which a piezoelectric material and an electrode forming material are alternately sandwiched and laminated. The present invention can be applied to an ink jet recording head having a vibration mode piezoelectric element.
【0092】さらに、上述した圧電振動式のインクジェ
ット式記録ヘッドに限定されず、例えば、バブルジェッ
ト(登録商標)式のインクジェット式記録ヘッド等、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
ができることはいうまでもない。Further, the present invention is not limited to the above-described piezoelectric vibration type ink jet recording head, but may be applied to various types of ink jet recording heads such as a bubble jet (registered trademark) type ink jet recording head. Needless to say.
【0093】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.
【0094】また、上述の実施形態で説明した本発明の
ノズルプレートの用途は、インクジェット式記録ヘッド
に限定されず、ノズル開口から液滴を吐出する他の液体
噴射装置に適用することができることは言うまでもな
い。Further, the application of the nozzle plate of the present invention described in the above embodiment is not limited to the ink jet recording head, but can be applied to other liquid ejecting apparatuses which discharge droplets from nozzle openings. Needless to say.
【0095】また、上述した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8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 the above-described embodiment forms 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.
【0096】図8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. 8, 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.
【0097】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3に沿
ってプラテン8が設けられている。このプラテン8は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、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。Then, the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears (not shown) and the timing belt 7, 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 3. The platen 8 can be rotated by a driving force of a paper feed motor (not shown), and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller, is wound around the platen 8 and conveyed. It has become so.
【0098】[0098]
【発明の効果】以上説明したように本発明では、ノズル
プレートの流路形成基板との接合面に凹部を設け、流路
形成基板との接着時に無駄な接着剤がこの凹部内に流れ
込むようにしたので、ノズル開口と連通する圧力発生室
等のインク流路内に接着剤が流れ出るのを防止すること
ができる。したがって、このようなノズルプレートをイ
ンクジェット式記録ヘッド等に用いれば、接着による特
性劣化を防止して信頼性を向上することができる。As described above, according to the present invention, a concave portion is provided on the joint surface of the nozzle plate with the flow path forming substrate so that an unnecessary adhesive flows into the concave portion when the nozzle plate is bonded to the flow path forming substrate. Therefore, it is possible to prevent the adhesive from flowing out into the ink flow path such as the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening. Therefore, if such a nozzle plate is used in an ink jet recording head or the like, it is possible to prevent deterioration in characteristics due to adhesion and improve reliability.
【0099】また、本発明のインクジェット式記録ヘッ
ドでは、流路形成基板を所定の厚さまで研磨後、ノズル
プレートと接合するようにしたので、接着による特性劣
化を防止することができると共に、隔壁の剛性が向上す
るため圧力発生室を比較的高密度に配列してもクロスト
ークを防止することができる。Further, in the ink jet recording head of the present invention, the flow path forming substrate is polished to a predetermined thickness and then joined to the nozzle plate. Since the rigidity is improved, crosstalk can be prevented even if the pressure generating chambers are arranged at a relatively high density.
【図1】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及び断面図である。FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施形態1に係るノズルプレートの斜
視図である。FIG. 3 is a perspective view of a nozzle plate according to Embodiment 1 of the present invention.
【図4】本発明の実施形態1に係るノズルプレートの製
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 nozzle plate 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
録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the ink jet recording head 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
録ヘッドの製造方法を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.
【図7】流路形成基板とノズルプレートの接着工程を示
す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a bonding step between the flow path forming substrate and the nozzle plate.
【図8】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. 8 is a schematic diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 流路形成基板 11 隔壁 12 圧力発生室 20 ノズルプレート 21 ノズル開口 22 クレータ部 23 凹部 50 弾性膜 60 下電極膜 70 圧電体層 80 上電極膜 90 リード電極 300 圧電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path forming substrate 11 Partition wall 12 Pressure generating chamber 20 Nozzle plate 21 Nozzle opening 22 Crater part 23 Depression 50 Elastic film 60 Lower electrode film 70 Piezoelectric layer 80 Upper electrode film 90 Lead electrode 300 Piezoelectric element
Claims (19)
を吐出するノズル開口を複数個有し、前記ノズル開口と
連通する流路が形成される流路形成基板に接着剤を介し
て接合されるノズルプレートにおいて、 前記流路形成基板との接合面となる領域に、複数の凹部
を有することを特徴とすることを特徴とするノズルプレ
ート。1. A substrate formed of a silicon single crystal substrate and having a plurality of nozzle openings for discharging liquid droplets, and bonded to a flow path forming substrate having a flow path communicating with the nozzle openings, via an adhesive. A nozzle plate, comprising: a plurality of recesses in a region to be a bonding surface with the flow path forming substrate.
路の周縁に対向する領域に設けられていることを特徴と
するノズルプレート。2. The nozzle plate according to claim 1, wherein the recess is provided in a region facing a peripheral edge of the flow path.
基板との接合面とは反対面の前記ノズル開口に対応する
領域に、厚さ方向の一部が除去されたクレータ部又はス
リット部を有することを特徴とするノズルプレート。3. The crater portion or the slit portion according to claim 1, wherein a portion in a thickness direction is removed in a region corresponding to the nozzle opening on a surface opposite to a bonding surface with the flow path forming substrate. A nozzle plate comprising:
ータ部又はスリット部とが、同一工程で形成されている
ことを特徴とするノズルプレート。4. The nozzle plate according to claim 3, wherein said concave portion and said crater portion or slit portion are formed in the same step.
結晶シリコン基板の主面が(100)方位であり、前記
凹部が異方性エッチングによって形成されていることを
特徴とするノズルプレート。5. The nozzle plate according to claim 1, wherein a main surface of the single crystal silicon substrate has a (100) orientation, and the concave portion is formed by anisotropic etching. .
と、この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、該流路形成基板の圧力発生室に対応す
る領域に振動板を介して設けられた下電極、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、 前記ノズルプレートと前記流路形成基板とが接着剤を介
して接合され、前記ノズルプレートは、前記流路形成基
板との接合面となる領域に、複数の凹部を有することを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。6. A nozzle plate having a nozzle opening formed therein, a flow path forming substrate defining a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening, and a region corresponding to the pressure generating chamber of the flow path forming substrate. In an ink jet recording head including a lower electrode provided via a diaphragm, a piezoelectric element including a piezoelectric layer and an upper electrode, the nozzle plate and the flow path forming substrate are joined via an adhesive, The ink jet recording head according to claim 1, wherein the nozzle plate has a plurality of concave portions in a region to be a bonding surface with the flow path forming substrate.
ズルプレートの前記圧力発生室の周縁に対向する領域に
設けら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。7. The ink jet recording head according to claim 6, wherein the recess is provided in a region of the nozzle plate facing a periphery of the pressure generating chamber.
レートがシリコン単結晶基板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。8. An ink jet recording head according to claim 6, wherein said nozzle plate is made of a silicon single crystal substrate.
基板の主面が(100)方位であり、前記凹部が異方性
エッチングによって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。9. The ink jet recording head according to claim 8, wherein a main surface of the silicon single crystal substrate has a (100) orientation, and the concave portion is formed by anisotropic etching.
ノズルプレートは、前記流路形成基板との接合面とは反
対面の前記ノズル開口に対応する領域に、厚さ方向の一
部が除去されたクレータ部又はスリット部を有すること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。10. The nozzle plate according to claim 6, wherein a part of the nozzle plate in a thickness direction is formed in a region corresponding to the nozzle opening on a surface opposite to a bonding surface with the flow path forming substrate. An ink jet recording head having a removed crater portion or slit portion.
ートの前記凹部と前記クレータ部又は前記スリット部と
が、同一工程で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。11. The ink jet recording head according to claim 10, wherein the concave portion of the nozzle plate and the crater portion or the slit portion are formed in the same step.
記圧電体層は、結晶が優先配向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。12. The ink jet recording head according to claim 6, wherein crystals of the piezoelectric layer are preferentially oriented.
は、結晶が柱状となっていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。13. The ink jet recording head according to claim 12, wherein the piezoelectric layer has a columnar crystal.
記圧電体層の膜厚が、0.5〜3μmであることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッド。14. An ink jet recording head according to claim 6, wherein said piezoelectric layer has a thickness of 0.5 to 3 μm.
記圧力発生室の配列密度が200dpi以上であること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。15. The ink jet recording head according to claim 6, wherein the array density of the pressure generating chambers is 200 dpi or more.
記流路形成基板の厚さが、100μm以下であることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。16. The ink jet recording head according to claim 6, wherein the thickness of the flow path forming substrate is 100 μm or less.
記流路形成基板が、前記圧力発生室を形成後に研磨され
て、所定の厚さとなっていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッド。17. The ink jet recording head according to claim 6, wherein the flow path forming substrate is polished after forming the pressure generating chamber to have a predetermined thickness.
記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチング
により形成され、前記圧電素子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。18. The pressure generating chamber according to claim 6, wherein the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer constituting the piezoelectric element is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head, comprising:
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。19. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 6. Description:
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