JP3062285B2 - Ink jet printer head and manufacturing method - Google Patents

Ink jet printer head and manufacturing method

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JP3062285B2
JP3062285B2 JP11147691A JP11147691A JP3062285B2 JP 3062285 B2 JP3062285 B2 JP 3062285B2 JP 11147691 A JP11147691 A JP 11147691A JP 11147691 A JP11147691 A JP 11147691A JP 3062285 B2 JP3062285 B2 JP 3062285B2
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etching
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博之 櫛田
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、オンデマンド方式のイ
ンクジェットプリンタヘッド及び製造方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an on-demand type ink jet printer head and a manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、静粛で高密度印刷が可能なインク
ジェットプリンタヘッドとして、オリフィスからインク
滴を吐出させて印刷用紙に定着させるインクジェットプ
リンタヘッドなどが実用化されている。例えば、オンデ
マンド方式のインクジェットプリンタヘッドでは、アレ
イ状に連設されたオリフィスの各々に連通した圧力室の
内壁面の一部として表面と直交する方向に振動自在な振
動膜を形成し、この振動膜上に駆動電力に従って動作す
る圧電素子を設けた構造などとなっている。そして、こ
のようなインクジェットプリンタヘッドでは、印刷画像
に対応した駆動電力の供給で圧電素子が振動膜と共に振
動し、この振動による圧力で圧力室内のインクをオリフ
ィスからインク滴として吐出するようになっている。
2. Description of the Related Art At present, as an ink jet printer head capable of quiet and high-density printing, an ink jet printer head which discharges ink droplets from an orifice and fixes it on a printing paper has been put to practical use. For example, in an on-demand type ink jet printer head, a vibrating film that can vibrate in a direction perpendicular to the surface is formed as a part of an inner wall surface of a pressure chamber that communicates with each of orifices connected in an array. It has a structure in which a piezoelectric element that operates according to drive power is provided on a film. In such an ink-jet printer head, the piezoelectric element vibrates together with the vibrating film by the supply of the driving power corresponding to the print image, and the ink in the pressure chamber is ejected from the orifice as ink droplets by the pressure due to the vibration. I have.

【0003】ここで、このようなインクジェットプリン
タヘッドでは、省電力化や応答性の向上などを実現する
ために振動膜を薄型化することが要望されており、この
ようなインクジェットプリンタヘッドは特公昭61-2025
号公報や特公昭62-22790号公報等に提案されている。
Here, in such an ink jet printer head, it is required to reduce the thickness of the vibrating film in order to realize power saving and improved responsiveness. 61-2025
And Japanese Patent Publication No. Sho 62-22790.

【0004】まず、特公昭61-2025号公報に開示された
インクジェットプリンタヘッド1では、図7に例示する
ように、凹溝などで複数のオリフィス2と圧力室3とが
連設された第一プレート4上にガラス基板等からなる第
二プレート5を一体的に接合し、この第二プレート5の
表面にエッチングや切削加工等で円弧状の凹溝6を形成
して前記圧力室3と対向する部分を層厚50(μm)等の振
動膜7とし、これらの振動膜7の各々の表面上に圧電素
子8を取付けた構造となっている。
First, in an ink jet printer head 1 disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-2025, as shown in FIG. 7, a first orifice 2 in which a plurality of orifices 2 and a pressure chamber 3 are connected to each other by a concave groove or the like. A second plate 5 made of a glass substrate or the like is integrally joined on the plate 4, and an arc-shaped concave groove 6 is formed on the surface of the second plate 5 by etching or cutting to face the pressure chamber 3. The vibrating film 7 has a thickness of 50 (μm) or the like, and a piezoelectric element 8 is mounted on the surface of each vibrating film 7.

【0005】また、特公昭62-22790号公報に開示された
インクジェットプリンタヘッド9では、図8に例示する
ように、基板からなる第二プレート10の圧力室3と対
向する部分を薄型化して振動膜11とし、この振動膜1
1上に電極12を形成してからPZT(Lead Zirco
Titanate)の粉末をバインダの添加でペースト状にして
印刷することで圧電素子13を形成した構造となってい
る。
In the ink jet printer head 9 disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-22790, as shown in FIG. 8, the portion of the second plate 10 made of a substrate facing the pressure chamber 3 is made thinner to vibrate. The vibrating membrane 1 is a membrane 11
After forming an electrode 12 on PZT 1 (Lead Zirco
The piezoelectric element 13 is formed by printing a powder of Titanate) into a paste by adding a binder.

【0006】そして、上述したインクジェットプリンタ
ヘッド1,9では、第二プレート5,10の圧力室3と
対向する部分に形成された薄い振動膜7,11は良好に
振動するので、省電力化や応答性の向上などが可能であ
り、第二プレート5,10の振動膜7,11以外の部分
は厚いので強度も確保される。
In the ink jet printer heads 1 and 9 described above, the thin vibrating films 7 and 11 formed on the portions of the second plates 5 and 10 facing the pressure chambers 3 vibrate satisfactorily. Responsibility can be improved, and the portions of the second plates 5 and 10 other than the vibrating films 7 and 11 are thick, so that the strength is secured.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述したようなインク
ジェットプリンタヘッド1,9は、圧力室3と対向する
部分に薄い振動膜7,11を形成することで、省電力化
や応答性の向上などの実現と共に強度も確保するように
なっている。
The ink jet printer heads 1, 9 as described above have thin vibrating films 7, 11 formed in portions opposed to the pressure chambers 3 so as to save power and improve responsiveness. With the realization of strength, the strength is secured.

【0008】ここで、上記した特公昭61-2025号公報に
は、インクジェットプリンタヘッド1の振動膜7をガラ
ス基板等からなる第二プレート5のエッチングや切削加
工で形成することが記載されているが、実際にはエッチ
ング時間の制御や機械的な精密加工では、層厚が均一に
50(μm)の振動膜7を形成することは極めて困難であ
る。
Here, Japanese Patent Publication No. 61-2025 discloses that the vibration film 7 of the ink jet printer head 1 is formed by etching or cutting the second plate 5 made of a glass substrate or the like. However, in actuality, in controlling the etching time and mechanical precision machining, the layer thickness becomes uniform.
It is extremely difficult to form a vibration film 7 of 50 (μm).

【0009】また、上記した特公昭62-22790号公報に
は、インクジェットプリンタヘッド9のガラスやステン
レス等の基板からなる第二プレート10の板厚が部分的
に50〜100(μm)で振動膜11となっていることが記載さ
れているが、この振動膜11の具体的な製作方法は開示
されていない。
Japanese Patent Publication No. Sho 62-22790 discloses that the thickness of the second plate 10 made of a glass or stainless steel substrate of the ink jet printer head 9 is partially 50 to 100 (μm), 11 is described, but a specific method of manufacturing the vibration film 11 is not disclosed.

【0010】つまり、上述したようなインクジェットプ
リンタヘッド1,9を実施した場合、振動膜7,11の
層厚が不均一になったり薄型化が不完全になるなどし
て、省電力化や応答性が阻害されて印刷品質が低下する
ことが懸念される。さらに、このようなインクジェット
プリンタヘッド1,9では、上述のように振動膜7,1
1の薄型化が困難であるため、その振幅を確保するため
に振動膜7,11の面積を大型化する必要がある。
That is, when the above-described ink jet printer heads 1 and 9 are implemented, the thickness of the vibrating films 7 and 11 becomes non-uniform or the thickness of the vibrating films 7 and 11 is incompletely reduced. It is feared that the printing quality is degraded due to the hindrance. Further, in such ink jet printer heads 1 and 9, as described above, the vibrating films 7, 1
Since it is difficult to reduce the thickness of the diaphragm 1, it is necessary to increase the area of the vibrating membranes 7 and 11 to secure the amplitude.

【0011】つまり、上述したインクジェットプリンタ
ヘッド1,9では、その圧力室3等を高密度配置するこ
とが困難であるために機器の小型軽量化が阻害されてい
る。
That is, in the above-described ink jet printer heads 1 and 9, it is difficult to arrange the pressure chambers 3 and the like with high density, which hinders reduction in size and weight of the apparatus.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
アレイ状に連設されて各々インク滴を吐出する複数の
リフィスを形成し、このオリフィスの各々に連通した
数の圧力室の内壁面の一部として表面と直交する方向に
振動自在な振動膜を形成し、この振動膜上に駆動電力に
従って動作する電気機械変換膜を設けたインクジェット
プリンタヘッドにおいて、前記振動膜を介して前記
力室とそれぞれ一対一で対向する複数の凹部が形成され
た支持体上に前記振動膜を形成した。
According to the first aspect of the present invention,
Forming a plurality of O <br/> orifice for ejecting each ink droplet is continuously provided in an array, communicating with each of the orifice double
In an ink jet printer head, a vibrating film is formed as a part of the inner wall surface of the pressure chambers in a direction perpendicular to the surface thereof, and an electromechanical conversion film that operates according to driving power is provided on the vibrating film. the formation of the vibrating membrane on the respective pressure <br/> force chamber and the support on which a plurality of recesses formed facing one on one each through the membrane.

【0013】請求項2記載の発明は、アレイ状に連設さ
れて各々インク滴を吐出するオリフィスを形成し、この
オリフィスの各々に連通した圧力室の内壁面の一部とし
て表面と直交する方向に振動自在な振動膜を形成し、こ
の振動膜上に駆動電力に従って動作する電気機械変換膜
を設けたインクジェットプリンタヘッドにおいて、単結
晶材料からなる平板状の支持体の表面上にマスク用被膜
を形成し、このマスク用被膜に前記支持体の表面に至る
開口窓を形成してマスクを形成し、このマスクと前記開
口窓下の前記支持体とを共に被うエッチングチャネルを
形成し、このエッチングチャネルと前記マスクとを共に
被う下部膜を形成し、この下部膜に前記マスクの開口窓
より外方で前記エッチングチャネルに至るエッチングホ
ールを形成し、このエッチングホールを介して前記エッ
チングチャネルを除去し、このエッチングチャネルが位
置した空隙に前記エッチングホールからエッチング材を
注入して前記マスクの開口窓下に位置する前記支持体に
異方性エッチングで凹部を形成し、この凹部の形成後に
前記下部膜を被って前記エッチングホールを遮蔽する上
部膜を形成し、前記支持体の凹部上に位置する前記下
と前記上部膜とで前記振動膜を形成するようにした。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an orifice which is connected in an array and discharges ink droplets, and forms a part of an inner wall surface of a pressure chamber communicating with each of the orifices in a direction orthogonal to the surface. In an ink jet printer head having a vibrating film that can freely vibrate and an electromechanical conversion film that operates on the vibrating film in accordance with the driving power, on the surface of a flat support made of a single crystal material, Forming a mask coating, forming an opening window to the surface of the support in the mask coating to form a mask, forming an etching channel covering both the mask and the support under the opening window; and, forming a lower portion layer covering the etching channels and the mask together the etching hole is formed to reach the etching channel outward from the opening window of the mask to the lower portion layer The etching channel is removed through the etching hole, an etching material is injected from the etching hole into a space where the etching channel is located, and a recess is formed by anisotropic etching on the support positioned under an opening window of the mask. forming a top to shield the etch hole to cover the lower portion layer after the formation of the recess
The lower portion of part film is formed, positioned on the recess of the support
And to form the vibrating membrane and the upper portion layer and film.

【0014】[0014]

【作用】請求項1記載の発明は、振動膜を介して圧力室
と対向する開口側が拡開した凹部が形成された支持体上
に振動膜を形成したことで、凹部上に位置する振動膜や
圧力室が高密度配置される。
According to the first aspect of the present invention, the vibrating film is formed on the support having the concave portion whose opening side opposed to the pressure chamber is widened through the vibrating film, so that the vibrating film located on the concave portion is formed. And pressure chambers are arranged at high density.

【0015】請求項2記載の発明は、単結晶材料からな
る平板状の支持体の表面上にマスク用被膜を形成し、こ
のマスク用被膜に支持体の表面に至る開口窓を形成して
マスクを形成し、このマスクと開口窓下の支持体とを共
に被うエッチングチャネルを形成し、このエッチングチ
ャネルとマスクとを共に被う下部膜を形成し、この下
にマスクの開口窓より外方でエッチングチャネルに至
るエッチングホールを形成し、このエッチングホールを
介してエッチングチャネルを除去し、このエッチングチ
ャネルが位置した空隙にエッチングホールからエッチン
グ材を注入してマスクの開口窓下に位置する支持体に異
方性エッチングで凹部を形成し、この凹部の形成後に下
部膜を被ってエッチングホールを遮蔽する上部膜を形成
し、支持体の凹部上に位置する下部膜と上部膜とで振動
膜を形成することで、凹部上に位置する振動膜や圧力室
の高密度配置が可能なインクジェットプリンタヘッドが
容易に実施される。
According to a second aspect of the present invention, a mask coating is formed on the surface of a flat support made of a single crystal material, and an opening window reaching the surface of the support is formed in the mask coating. forming a mask and the support of the underlying opening windows to form an etching channels covering together form a lower portion layer covering the etching channel and mask together, the lower portion
An etching hole is formed in the film to reach the etching channel outside of the opening window of the mask, the etching channel is removed through the etching hole, and an etching material is injected from the etching hole into the gap where the etching channel is located, thereby forming a mask. A recess is formed by anisotropic etching in the support located below the opening window of the opening, and after the formation of the recess, the recess is formed.
Suffered parts film forming the upper portion film for shielding the etching hole, by forming the vibrating membrane in the lower portion layer and the upper portion film located on the recess of the support, the vibrating film located on the concave Ya An ink jet printer head capable of high-density arrangement of pressure chambers is easily implemented.

【0016】[0016]

【実施例】本発明の実施例を図1ないし図6に基づいて
説明する。まず、このインクジェットプリンタヘッド1
4では、図1に例示するように、開口側が拡開した四角
錐形の凹部15が形成された平板状の支持体16上に、
この凹部15上に開口窓17が形成されたマスク18が
積層形成されており、このマスク18上に順次均一に積
層形成された下部・上部膜19,20の前記凹部15上
の位置が振動膜21となっている。そして、前記上部膜
20上には下部電極22と電気機械変換膜23とが順次
均一に積層形成されており、この電気機械変換膜23上
に上部電極24が所定パターンで形成されることで前記
振動膜21上の位置に圧電素子25が前記部材12〜2
4で形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, this inkjet printer head 1
In FIG. 4, as illustrated in FIG. 1, a flat pyramid-shaped support 16 in which a quadrangular pyramid-shaped recess 15 whose opening side is expanded is formed,
Mask 18 opening window 17 is formed on the concave portion 15 are stacked, the position on the recess 15 of the mask 18 are sequentially uniformly stacked formed lower-upper portion layer 19 and 20 on the vibration It is a film 21. Then, on the upper portion layer 20 is a lower electrode 22 and the electromechanical transducer layer 23 are sequentially uniformly stacked, that the upper electrode 24 is formed in a predetermined pattern on the electromechanical transducer layer 23 The piezoelectric element 25 is provided at a position on the vibrating film 21 with the members 12 to 2.
4.

【0017】また、前記電気機械変換膜23と前記上部
電極24とを被う保護膜26上に取付けられた平板状の
オリフィスプレート27には、図2に例示するように、
前記圧電素子25上に位置する圧力室28や、この圧力
室28から前縁部に至るオリフィス29や、前記圧力室
28とインク槽30とを連通するインク供給路31等が
所定パターンの凹溝で形成されている。
As shown in FIG. 2, a flat orifice plate 27 mounted on a protective film 26 covering the electromechanical conversion film 23 and the upper electrode 24 has a structure as shown in FIG.
A pressure chamber 28 located on the piezoelectric element 25, an orifice 29 extending from the pressure chamber 28 to the front edge, an ink supply path 31 communicating the pressure chamber 28 with the ink tank 30, and the like are formed by a concave groove having a predetermined pattern. It is formed with.

【0018】なお、ここでは図1は図2のA−A縦断正
面図となっている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional front view taken along the line AA of FIG.

【0019】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタヘッド14は、印刷画像に対応した駆動電
力の供給で圧電素子25が振動膜21と共に振動する
と、この振動膜21上に位置する圧力室28内のインク
(図示せず)がオリフィス29からインク滴(図示せず)と
して吐出されるので、このインク滴が印刷用紙(図示せ
ず)上に付着することで画像形成が行なわれる。
In such a configuration, when the piezoelectric element 25 vibrates together with the vibration film 21 by the supply of the driving power corresponding to the print image, the ink jet printer head 14 is provided in the pressure chamber 28 located on the vibration film 21. ink
(Not shown) is ejected from the orifice 29 as ink droplets (not shown), and the ink droplets adhere to printing paper (not shown) to form an image.

【0020】ここで、このインクジェットプリンタヘッ
ド14では、その振動膜21は圧力室28と対向する部
分以外は支持体16上に形成されているので強度が良好
であり、このように振動膜21を支持体16から遊離さ
せる凹部15は開口側が拡開した四角錐形となっている
ので、この凹部15上に位置する振動膜21や圧力室2
8を高密度配置することが可能である。
Here, in the ink jet printer head 14, the vibrating film 21 is formed on the support 16 except for the portion facing the pressure chamber 28, so that the vibrating film 21 has good strength. Since the concave portion 15 released from the support 16 has a quadrangular pyramid shape whose opening side is expanded, the vibration film 21 and the pressure chamber 2 located on the concave portion 15 are formed.
8 can be arranged at high density.

【0021】ここで、このインクジェットプリンタヘッ
ド14の製造方法を図3及び図4に基づいて以下に詳述
する。なお、ここで図3に例示する縦断図は図4に例示
する構造体を開口窓17の対角線上に位置する平面で切
断した状態の断面図となっている。まず、図3(a)及び
図4(a)に例示するように、平板状の単結晶材料である
単結晶シリコンからなる平板状の支持体16の表面に、
図3(b)に例示するように、500〜1000(Å)程度の膜厚
のシリコン窒化物(Si34)やシリコン熱酸化物(Si
2)等からなるマスク用被膜32を形成し、図3(c)及
び図4(b)に例示するように、このマスク用被膜32に
リソグラフィ法等で正方形の前記開口窓17を形成する
ことで前記マスク18を形成する。そして、図3(d)に
例示するように、このマスク18と前記開口窓17下の
支持体16との上にLPCVD(LowPressure−Chemi
cal Vapor Deposition)法等で膜厚1500〜2000(Å)
程度のポリシリコン膜33を形成し、図3(e)に例示す
るように、このポリシリコン膜33を所定形状にパター
ニングすることでエッチングチャネル34を形成する。
この時、このエッチングチャネル34は、図4(c)に例
示するように、正方形の前記開口窓17を被う正方形の
四隅に円形を付加したような形状などとして形成され
る。そして、図3(f)に例示するように、このエッチン
グチャネル34と前記マスク18との上にLPCVD法
等で膜厚2000(Å)程度のシリコン窒化物からなる下部膜
19を形成し、図3(g)及び図4(d)に例示するよう
に、この下部膜19に前記エッチングチャネル34の四
隅の円形部に各々至る四つのエッチングホール35を形
成する。つぎに、このエッチングホール35にKOH溶
液を注入するなどして前記エッチングチャネル34を除
去し、図3(h)及び図4(e)に例示するように、このエ
ッチングチャネル34が位置した空隙に前記エッチング
ホール35からエッチング材を注入することで、前記マ
スク18の開口窓17下に位置する前記支持体16に、
開口側が拡開した四角錐形の前記凹部15が結晶面異方
性エッチングで形成されることになる。そして、図3
(i)に例示するように、この凹部15の形成後に前記下
部膜19上にLPCVD法等で膜厚1.0(μm)程度のシリ
コン窒化物やシリコン酸化物からなる上部膜20を形成
して前記エッチングホール35を遮蔽することで、前記
支持体16の凹部15上に位置する下部・上部膜19,
20で前記振動膜21が形成されることになる。なお、
このようにして形成された振動膜21の上部膜20上
に、例えば、SiO2系皮膜形成用塗布液を、スピンナー
法、ディッピング法、吹付け法、刷毛塗り法等により塗
布−焼成することで、振動膜21の膜厚や強度を調節す
ることも可能である。
Here, a method of manufacturing the ink jet printer head 14 will be described in detail with reference to FIGS. Here, the vertical cross-sectional view illustrated in FIG. 3 is a cross-sectional view of a state in which the structure illustrated in FIG. 4 is cut along a plane located on a diagonal line of the opening window 17. First, as illustrated in FIGS. 3A and 4A, the surface of a flat support 16 made of single-crystal silicon, which is a flat single-crystal material,
As illustrated in FIG. 3B, silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon thermal oxide (Si
O 2) the mask film 32 is formed consisting of the like, as illustrated in FIG. 3 (c) and FIG. 4 (b), forming the opening window 17 of the square to the mask film 32 by lithography or the like Thus, the mask 18 is formed. Then, as illustrated in FIG. 3D, LPCVD (Low Pressure-Chemi) is placed on the mask 18 and the support 16 below the opening window 17.
cal. Vapor Deposition) method with a thickness of 1500 to 2000 (Å)
As shown in FIG. 3E, an etching channel 34 is formed by patterning the polysilicon film 33 into a predetermined shape.
At this time, as illustrated in FIG. 4C, the etching channel 34 is formed in a shape such as adding a circle to four corners of a square covering the square opening window 17. Then, as illustrated in FIG. 3 (f), to form the lower part membrane 19 made of a film thickness of 2000 (Å) of about silicon nitride by LPCVD or the like onto this etching channel 34 and the mask 18, Figure 3 (g) and as illustrated in FIG. 4 (d), to form a four etching holes 35, each leading to a circular portion of the etch channel 34 corners in the lower part membrane 19. Next, the etching channel 34 is removed by, for example, injecting a KOH solution into the etching hole 35, and as shown in FIGS. 3 (h) and 4 (e), the gap where the etching channel 34 is located is formed. By injecting an etching material from the etching hole 35, the support 16 located below the opening window 17 of the mask 18
The quadrangular pyramid-shaped concave portion 15 whose opening side is expanded is formed by crystal plane anisotropic etching. And FIG.
As illustrated in FIG.
Thickness by LPCVD or the like on the part layer 19 1.0 to form the upper portion layer 20 made of ([mu] m) approximately silicon nitride or silicon oxide by blocking the etch holes 35, the recess of the support member 16 lower-upper portion layer 19 located on 15,
At 20, the vibrating film 21 is formed. In addition,
On the upper film 20 of the vibration film 21 thus formed, for example, a coating solution for forming a SiO 2 film is applied and baked by a spinner method, a dipping method, a spraying method, a brush coating method or the like. Thus, it is also possible to adjust the thickness and strength of the vibration film 21.

【0022】そこで、以下は既存の薄膜プロセスにより
前記圧電素子25が形成されてオリフィスプレート27
が接合される。例えば、前記圧電素子25の各電極2
2,24は、AlやTi等の金属やITO(Indium−Tin
Oxide)層等の透明導電材料で形成され、前記電気機
械変換膜23は、融液エピタキシー法、ゾル・ゲル法、
沈殿反応法、陽極反応法、化学メッキ等で液相から析出
される。ここで、このように液相から電気機械変換膜2
3を析出させると、粒子形態の制御性が良好であると共
に、異種元素の添加量や分布の均一性の制御性も良好で
あるので、その特性が均一で性能も安定することにな
り、また、成長速度もスパッタリング法などに比して高
速である。例えば、液相から電気機械変換膜23を形成
する方法の一つであるゾル・ゲル法等では、所定の化学
組成を有する均質な溶液中への水や酸或はアルカリの添
加で加水分解を誘起することなどでゾルを生成し、この
ゾルを溶媒の蒸発や冷却などで目的組成の微粒子を分散
することでゲルを生成するようになっている。
Therefore, hereinafter, the piezoelectric element 25 is formed by the existing thin film process and the orifice plate 27 is formed.
Are joined. For example, each electrode 2 of the piezoelectric element 25
2 and 24 are metals such as Al and Ti or ITO (Indium-Tin).
Oxide) layer or the like, and the electromechanical conversion film 23 is formed by a melt epitaxy method, a sol-gel method,
It is deposited from the liquid phase by a precipitation reaction method, an anodic reaction method, chemical plating or the like. Here, the liquid-phase electromechanical conversion film 2
By precipitating 3, since the controllability of the particle morphology is good and the controllability of the addition amount and distribution uniformity of different elements is also good, the characteristics are uniform and the performance is stable, and Also, the growth rate is higher than that of the sputtering method. For example, in a sol-gel method or the like which is one of the methods for forming the electromechanical conversion film 23 from a liquid phase, hydrolysis is performed by adding water, an acid, or an alkali into a homogeneous solution having a predetermined chemical composition. A sol is generated by inducing the sol, and a gel is generated by dispersing the sol with fine particles of a desired composition by evaporating or cooling the solvent.

【0023】ここで、PZT膜からなる電気機械変換膜
23をゾル・ゲル法等で形成する場合の具体的な製造方
法の一例を以下に詳述する。まず、1.0(ml)に2.0(g)の
割合でCH3COOHにPb(CH3COO)2・3H2Oを
溶かし、これを105℃で乾燥させてから80℃に冷却す
る。そして、ここにZr(C37O)4とTi[(CH3)2CH
O]4とを順次添加して超音波でミックスし、これにOH
CH2CH2OHとH2Oとを加えたものをスピンナー法
等で基板上にコートし、これを300〜500℃でアニールす
ることでPZT膜を形成する。なお、このような液相か
らの他の製造方法としては、Pb(OAc)2-Ti(OBu)4
系の複合オキシアルコキシド溶液のディッピング法でP
bTiO3からなる電気機械変換膜23を形成することな
どが実施可能である。
Here, an example of a specific manufacturing method when the electromechanical conversion film 23 made of a PZT film is formed by a sol-gel method or the like will be described in detail below. First, Pb (CH 3 COO) 2 .3H 2 O is dissolved in CH 3 COOH at a ratio of 1.0 (ml) to 2.0 (g), dried at 105 ° C., and then cooled to 80 ° C. And here, Zr (C 3 H 7 O) 4 and Ti [(CH 3 ) 2 CH
O] 4 were sequentially added and mixed by ultrasonication.
A substrate obtained by adding CH 2 CH 2 OH and H 2 O is coated on a substrate by a spinner method or the like, and this is annealed at 300 to 500 ° C. to form a PZT film. In addition, as another production method from such a liquid phase, Pb (OAc) 2 -Ti (OBu) 4
By dipping of complex oxyalkoxide solution
For example, it is possible to form the electromechanical conversion film 23 made of bTiO 3 .

【0024】また、上述のような電気機械変換膜23を
固相から製作する方法としては、塗布などで基板上に付
着させた原料物質を加熱分解や固体反応で膜状に成形す
る方法や、原料物質と基板との固相反応で膜状に成形す
る方法などがあり、気相から製作する方法としては、ス
パッタリング法やMOCVD(Metal Organic Chem
ical Vapor Deposition)法などがある。
As a method for manufacturing the electromechanical conversion film 23 as described above from a solid phase, a method in which a raw material attached to a substrate by coating or the like is formed into a film by thermal decomposition or a solid reaction, There is a method of forming a film by a solid phase reaction between a raw material and a substrate. As a method of manufacturing from a gas phase, a sputtering method or MOCVD (Metal Organic Chemistry) is used.
ical Vapor Deposition) method.

【0025】なお、上述のような圧電素子25の最上層
である保護膜26はシリコン窒化物やシリコン酸化物等
で形成される。
The protective film 26, which is the uppermost layer of the piezoelectric element 25, is formed of silicon nitride, silicon oxide, or the like.

【0026】さらに、このインクジェットプリンタヘッ
ド14では、オリフィスプレート27が感光性ガラスや
感光性樹脂などで形成されており、圧力室28やオリフ
ィス29などが所定深さの凹溝としてパターン形成され
ている。なお、図5に例示するように、二個の部材3
6,37による二分割構造でオリフィスプレート38を
形成したインクジェットプリンタヘッド39なども実施
可能である。この場合、オリフィスプレート38は、例
えば、感光性樹脂をスピンナー法で基板上に塗布し、こ
の光パターニングで貫通溝からなる圧力室28やオリフ
ィス29などを形成する部材36を設け、ここにガラス
やステンレス等からなる平板37を接合した構造などと
して実施される。さらに、図6に例示するように、細長
い圧力室40下に凹部41や圧電素子42を連設してイ
ンクの吐出特性を向上させたインクジェットプリンタヘ
ッド43なども実施可能である。
Further, in the ink jet printer head 14, the orifice plate 27 is formed of a photosensitive glass or a photosensitive resin, and the pressure chamber 28 and the orifice 29 are formed as a concave groove having a predetermined depth. . In addition, as illustrated in FIG.
An ink jet printer head 39 having an orifice plate 38 with a two-part structure of 6, 37 can also be implemented. In this case, the orifice plate 38 is formed, for example, by coating a photosensitive resin on a substrate by a spinner method, and providing a member 36 for forming the pressure chamber 28 or the orifice 29 formed of a through groove by this optical patterning. It is implemented as a structure in which flat plates 37 made of stainless steel or the like are joined. Further, as illustrated in FIG. 6, an ink jet printer head 43 in which a concave portion 41 and a piezoelectric element 42 are continuously provided below the elongated pressure chamber 40 to improve the ink ejection characteristics can be implemented.

【0027】なお、図6に例示したインクジェットプリ
ンタヘッド43のB−B縦断正面図は、例えば、図5に
例示したインクジェットプリンタヘッド39と同様な構
造となっている。
The BB vertical front view of the ink jet printer head 43 illustrated in FIG. 6 has the same structure as the ink jet printer head 39 illustrated in FIG. 5, for example.

【0028】[0028]

【発明の効果】請求項1記載の発明は、アレイ状に連設
されて各々インク滴を吐出する複数のオリフィスを形成
し、このオリフィスの各々に連通した複数の圧力室の内
壁面の一部として表面と直交する方向に振動自在な振動
膜を形成し、この振動膜上に駆動電力に従って動作する
電気機械変換膜を設けたインクジェットプリンタヘッド
において、前記振動膜を介して前記圧力室とそれぞれ
一対一で対向する複数の凹部が形成された支持体上に前
記振動膜を形成したことにより、この振動膜は圧力室と
対向する部分以外は支持体上に形成されているので強度
が良好であり、このように振動膜を支持体から遊離させ
る凹部は開口側が拡開した形状なので、この凹部上に位
置する振動膜や圧力室を高密度配置することが可能であ
る等の効果を有するものである。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of orifices which are arranged in an array and discharge ink droplets are formed, and a part of the inner wall surface of the plurality of pressure chambers which communicate with each of the orifices. the freely vibrating membrane vibration is formed in the direction perpendicular to the surface as an inkjet printer head provided with electromechanical transducer layer which operates in accordance with the drive power on the vibrating membrane, respectively the respective pressure chambers via the vibrating membrane
By forming the vibrating film on a support having a plurality of recesses opposed to each other on a one-to-one basis, since the vibrating film is formed on the support except for a portion facing the pressure chamber, the strength is good. Since the opening for opening the vibrating membrane from the support in this manner is open, the vibrating membrane and the pressure chambers located on the concave can be arranged at a high density. It is.

【0029】請求項2記載の発明は、アレイ状に連設さ
れて各々インク滴を吐出するオリフィスを形成し、この
オリフィスの各々に連通した圧力室の内壁面の一部とし
て表面と直交する方向に振動自在な振動膜を形成し、こ
の振動膜上に駆動電力に従って動作する電気機械変換膜
を設けたインクジェットプリンタヘッドにおいて、単結
晶材料からなる平板状の支持体の表面上にマスク用被膜
を形成し、このマスク用被膜に支持体の表面に至る開口
窓を形成してマスクを形成し、このマスクと開口窓下の
支持体とを共に被うエッチングチャネルを形成し、この
エッチングチャネルとマスクとを共に被う下部膜を形成
し、この下部膜にマスクの開口窓より外方でエッチング
チャネルに至るエッチングホールを形成し、このエッチ
ングホールを介してエッチングチャネルを除去し、この
エッチングチャネルが位置した空隙にエッチングホール
からエッチング材を注入してマスクの開口窓下に位置す
る支持体に異方性エッチングで凹部を形成し、この凹部
の形成後に下部膜を被ってエッチングホールを遮蔽する
部膜を形成し、支持体の凹部上に位置する下部膜と上
部膜とで振動膜を形成するようにしたことにより、エッ
チングの選択性を利用することで振動膜を薄型化するこ
とができ、しかも、この振動膜は圧力室と対向する部分
以外は支持体上に形成されているので強度が良好であ
り、このように振動膜を支持体から遊離させる凹部は開
口側が拡開した形状なので、この凹部上に位置する振動
膜や圧力室を高密度配置することが可能である等の効果
を有するものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an orifice for continuously ejecting ink droplets formed in an array and forming a part of an inner wall surface of a pressure chamber communicating with each of the orifices in a direction perpendicular to the surface. In an ink jet printer head having a vibrating film that can freely vibrate and an electromechanical conversion film that operates on the vibrating film in accordance with the driving power, on the surface of a flat support made of a single crystal material, Forming a mask coating, forming an opening window to the surface of the support in the mask coating to form a mask, forming an etching channel covering both the mask and the support under the opening window; forming a lower portion layer covering the etching channel and the mask together form an etching hole reaching the etch channel outward from the opening window of the mask to the lower portion layer, the etching hole Then, an etching material is injected from an etching hole into a space where the etching channel is located, and a recess is formed by anisotropic etching on a support located under an opening window of the mask. after suffering from lower portions film to form a <br/> upper portion film for shielding the etching hole, the lower portion layer and the upper located on the recess of the support
The vibrating film is formed with the partial film, so that the vibrating film can be made thinner by utilizing the selectivity of the etching. In addition, the vibrating film is a support member except for the portion facing the pressure chamber. Since it is formed on the upper surface, the strength is good, and the concave portion for releasing the vibration film from the support has a shape in which the opening side is expanded, so that the vibration film and the pressure chambers located on the concave portion are densely arranged. And the like.

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

【図1】本発明の実施例を示す図2のA−A縦断正面図
である。
FIG. 1 is a vertical sectional front view taken along the line AA of FIG. 2 showing an embodiment of the present invention.

【図2】平面図である。FIG. 2 is a plan view.

【図3】製造方法を示す工程図である。FIG. 3 is a process chart showing a manufacturing method.

【図4】製造方法を示す工程図である。FIG. 4 is a process chart showing a manufacturing method.

【図5】図6の構造のB−B断面に相当する変形例を示
す縦断正面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional front view showing a modification corresponding to the BB section of the structure of FIG. 6;

【図6】他の変形例を示す縦断正面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional front view showing another modification.

【図7】第一の従来例を示す構造図である。FIG. 7 is a structural view showing a first conventional example.

【図8】第二の従来例を示す分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view showing a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14,39,43 インクジェットプリンタヘッド 15,41 凹部 16 支持体 17 開口窓 18 マスク 19 下部膜 20 上部膜 21 振動膜 25,42 電気機械変換膜 28,40 圧力室 29 オリフィス 32 マスク用被膜 34 エッチングチャネル 35 エッチングホール14,39,43 inkjet printer head 15, 41 recess 16 support 17 opening window 18 mask 19 lower portion layer 20 upper part film 21 vibrating membrane 25,42 electromechanical transducer layer 28, 40 pressure chambers 29 orifice 32 film mask 34 Etching channel 35 Etching hole

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アレイ状に連設されて各々インク滴を吐
出する複数のオリフィスを形成し、このオリフィスの各
々に連通した複数の圧力室の内壁面の一部として表面と
直交する方向に振動自在な振動膜を形成し、この振動膜
上に駆動電力に従って動作する電気機械変換膜を設けた
インクジェットプリンタヘッドにおいて、前記振動膜を
介して前記圧力室とそれぞれ一対一で対向する複数の
凹部が形成された支持体上に前記振動膜を形成したこと
を特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
1. A plurality of orifices which are connected in an array and eject ink droplets are formed, and vibrate in a direction perpendicular to the surface as a part of inner wall surfaces of a plurality of pressure chambers which communicate with each of the orifices. forming a freely vibrating membrane, in the ink jet printer head provided with electromechanical transducer layer which operates in accordance with the drive power on the vibration membrane, a plurality of facing respectively one-to-one with each of the pressure chambers via the vibrating membrane < An ink jet printer head comprising the vibrating film formed on a support having a concave portion.
【請求項2】 アレイ状に連設されて各々インク滴を吐
出するオリフィスを形成し、このオリフィスの各々に連
通した圧力室の内壁面の一部として表面と直交する方向
に振動自在な振動膜を形成し、この振動膜上に駆動電力
に従って動作する電気機械変換膜を設けたインクジェッ
トプリンタヘッドにおいて、単結晶材料からなる平板状
の支持体の表面上にマスク用被膜を形成し、このマスク
用被膜に前記支持体の表面に至る開口窓を形成してマス
クを形成し、このマスクと前記開口窓下の前記支持体と
を共に被うエッチングチャネルを形成し、このエッチン
グチャネルと前記マスクとを共に被う下部膜を形成し、
この下部膜に前記マスクの開口窓より外方で前記エッチ
ングチャネルに至るエッチングホールを形成し、このエ
ッチングホールを介して前記エッチングチャネルを除去
し、このエッチングチャネルが位置した空隙に前記エッ
チングホールからエッチング材を注入して前記マスクの
開口窓下に位置する前記支持体に異方性エッチングで凹
部を形成し、この凹部の形成後に前記下部膜を被って前
記エッチングホールを遮蔽する上部膜を形成し、前記支
持体の凹部上に位置する前記下部膜と前記上部膜とで前
記振動膜を形成するようにしたことを特徴とするインク
ジェットプリンタヘッドの製造方法。
2. An orifice for continuously ejecting ink droplets formed in an array and forming a part of an inner wall surface of a pressure chamber communicating with each of the orifices, the vibrating membrane being capable of vibrating in a direction orthogonal to the surface. In an ink-jet printer head provided with an electromechanical conversion film that operates according to drive power on the vibrating film, a mask film is formed on the surface of a flat support made of a single crystal material, and the mask film is formed. An opening window reaching the surface of the support is formed in the coating to form a mask, an etching channel covering both the mask and the support below the opening window is formed, and the etching channel and the mask are formed. forming a lower portion layer covering both
Wherein an etching hole reaching the etch channel outward from the opening window of the mask to the lower portion layer, the etch channel is removed through the etching hole, from the etching hole in the clearance this etching channel is located upper part film by injecting an etching material to form a recess by anisotropic etching to the support located below the opening windows of the mask to shield the etch hole to cover the lower portion layer after the formation of the recess forming a said support manufacturing method for an ink jet printer head is characterized in that so as to form the vibrating membrane and the lower portion layer and the upper portion film located on the concave portion of the.
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