JPH09277519A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

インクジェット記録ヘッド及びその製造方法

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JPH09277519A
JPH09277519A JP8846696A JP8846696A JPH09277519A JP H09277519 A JPH09277519 A JP H09277519A JP 8846696 A JP8846696 A JP 8846696A JP 8846696 A JP8846696 A JP 8846696A JP H09277519 A JPH09277519 A JP H09277519A
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upper electrode
thin film
electrode
piezoelectric thin
lower electrode
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Tetsuji Takahashi
哲司 高橋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 上電極端子周辺に下電極が存在し、かつ圧電
体素子の断面が略長方形形状であるため、上電極端子と
外部から電界を印可するためのフレキシブルケーブル上
電極用電極の接続時に、上電極と下電極間で短絡してし
まう。 【解決手段】 フレキシブルケーブル11の電極部12
と接続する上電極端子部8外周の下電極3が、圧電体薄
膜4に覆われている構造にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インク吐出の駆動
源に圧電体薄膜を用いたインクジェット記録ヘッド及び
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の圧電体を用いたインクジェット記
録ヘッドの基本原理図を図14に示す。ヘッド基台1に
はインク供給路15、インク圧力室9が連設されてい
る。そして、ヘッド基台1の表面には振動板16が配置
され、その外側にインク圧力室9に対向して下電極3、
圧電体25、上電極5と積層された圧電体素子が配置さ
れている。その上下電極間には電界を印可するための信
号発生源18が接続されている。一方、裏面には、イン
ク圧力室9に対応した位置にノズル19を有するノズル
プレート20が配置されている。また、上記インク供給
路15にはパイプ21を介してインク容器22が接続さ
れている。上記のような構成において、信号発生源18
から圧電体素子に電界を印可すると、圧電体素子が振動
板16をたわませ、インク圧力室9内のインクをノズル
19から吐出させる。インク吐出後、圧電体素子への印
可電圧を落とすと、振動板のたわみが減少し吐出した量
のインクがパイプ21、インク供給路15を通じてイン
ク容器22から補給される。また、圧電体素子への電界
の印可はヘッド基台1上の端子部と信号発生源18をフ
レキシブルケーブルを介して行われる。フレキシブルケ
ーブルとヘッド基台上の端子の接続方法は、一般的には
んだあるいは異方導電フィルム(ACF)で行われる。
最近では工程が多く、コストの高いはんだは敬遠され、
ACFで行われることが多くなっている。図15にAC
Fの接続原理を示す。ACFとは、図15(a)に示す
ように接着剤バインダー14中に導電性粒子13を分散
させた形状を持つ接着フィルムである。これを図15
(b)に示すように接続を行うベース23上の電極24
間に挟み、加熱、加圧により接続する。接続後、図15
(c)に示すように層間方向は導電性粒子13により相
対する電極の導通を確保し、さらに隣接する電極間で
は、絶縁性が保持される。また、接着剤バインダー14
により電極24間及び導電性粒子13は固定される。導
電性粒子としてはめっきプラスチック粒子と呼ばれるプ
ラスチックの核体に金属めっきを施したもので、粒径は
5〜20μmである。
【0003】本発明に関わる従来技術は、例えば、特開
平6−226976号公報が開示されている。前記従来
技術でのフレキシブルケーブル11先端部に設けられた
上電極用電極12、下電極用電極26と圧電体素子の上
電極5、下電極3との接続の様子を図16に示す。従来
技術では振動板16上の下電極3上に上電極5と電極2
4で挟まれた圧電体25、すなわち圧電体素子が配置さ
れ、その上電極5と下電極3にそれぞれフレキシブルケ
ーブル11の上電極用電極12と下電極用電極26が接
続されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の接続法
では、上電極端子部外周に下電極3が存在し、かつ圧電
体素子の断面が略長方形形状であるため次に述べるよう
に圧電体素子の上電極と下電極の間で短絡の問題があ
る。図17に図16のフレキシブルケーブル11の上電
極用電極12と圧電体素子の上電極5の接続部の拡大断
面図を示す。図17(a)には、上電極端子部と外部か
ら電界を印可するためのフレキシブルケーブルの上電極
用電極12の接続方法にはんだを用いた場合で、はんだ
27の流れ出しで上電極5と下電極3間で短絡してしま
う。また、ACFを用いた場合も同様に導電性粒子13
が真球ではないために図17(b)に示すように上電極
5と下電極3間で短絡してしまう。また、これは圧電体
として薄膜を用いるとさらに顕著になる。インクジェッ
ト記録ヘッドは解像度にもよるが最近の高解像度に対応
した高密度ヘッドの場合、128以上の圧電体素子が搭
載されている。その中の1つでも短絡するとヘッドとし
ては使用できないため不良になる。
【0005】そこで本発明の目的は、これらの問題点を
鑑み、上電極端子と外部から電界を印可するためのフレ
キシブルケーブル上電極用電極の接続部分で、下電極と
上電極の短絡を防止して、製造歩留まりを向上させたイ
ンクジェット記録ヘッドを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドは、インクを噴射するノズルと、該ノズルに
連通する略長方形の複数のインク圧力室を有するヘッド
基台と、該圧力室内のインクを加圧する振動板と、該振
動板上に配置された下電極と、該下電極上に配置され該
振動板を振動させる圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上に配
置された上電極と、外部から電界を印可するために該上
電極端子部に接続される上電極用電極を有するフレキシ
ブルケーブルを備えたインクジェット記録ヘッドにおい
て、フレキシブルケーブルの上電極用電極と接続する上
電極端子部の外周の下電極が、圧電体薄膜に覆われてい
ることを特徴とする。
【0007】また、上電極端子部外周の下電極が圧電体
薄膜に覆われている部分の表面が、上電極表面とほぼ平
行な圧電体薄膜面であることを特徴とする。
【0008】また、上電極端子部外周に存在する、下電
極が圧電体薄膜に覆われている部分の外周に、下電極が
存在しないと更に好ましい。
【0009】また、下電極の膜厚をTB、下電極のエッ
チング速度をVB、圧電体薄膜の膜厚をTP、圧電体薄
膜のエッチング速度をVP、上電極の膜厚をTT、上電
極のエッチング速度をVTとすると、TT/VT<TB
/VB<(TT/VT+TP/VP)の関係を満足する
と更に好ましい。
【0010】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造
方法は、インク圧力室を形成するヘッド基台上に (ア)振動板形成 (イ)下電極形成 (ウ)圧電体薄膜形成 (エ)上電極形成 (オ)上電極パタ、圧電体薄膜一括パターニング (カ)下電極パターニング の工程で製造されるインクジェット記録ヘッドの製造方
法において、(カ)の工程で上電極端子部外周の少なく
とも上電極すべて、あるいは上電極と圧電体薄膜厚さ方
向途中までを同時にパターニングすることを特徴とす
る。
【0011】また、下電極の膜厚をTB、下電極のエッ
チング速度をVB、圧電体薄膜の膜厚をTP、圧電体薄
膜のエッチング速度をVP、上電極の膜厚をTT、上電
極のエッチング速度をVTとすると、TT/VT<TB
/VB<(TT/VT+TP/VP)の関係を満足する
と更に好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
(実施例1)以下、実施例1を図面を用いて説明する。
図1〜7は、本発明に従って作成した実施例1のインク
ジェット記録ヘッドの製造工程図である。
【0013】まず、図1に示すようにインク圧力室を形
成するヘッド基台1としてシリコン基板を用い、振動板
として1μmのシリコン熱酸化膜2,2を形成する。振
動板としてはその他に、下電極のみ、下電極とチッ化珪
素、ジルコニウム、下電極とジルコニウム、ジルコニ
ア、下電極とジルコニア等が使用できる。
【0014】次に、図2〜図4のようにシリコン熱酸化
膜2上に下電極3として膜厚0.8μmの白金をスパッ
タで形成し、その上に圧電体薄膜4を形成し、更にその
上に上電極5として膜厚0.1μmの白金をスパッタで
形成した。本実施例ではシリコン熱酸化膜2と下電極3
を振動板とする。上電極の材料としてはその他導電率が
良いものなら良く、例えば、アルミニウム、金、ニッケ
ル、インジウム等が使用できる。
【0015】圧電体薄膜4の形成方法は、簡単な装置で
薄膜を得られる製法であるゾルゲル法を用いた。組成
は、インクジェット記録ヘッドに使用するにはジルコン
酸チタン酸鉛(PZT)系が最も適している。下電極3
を形成した上に調製したPZT系ゾルをスピンコートで
塗布し、400℃で仮焼成し非晶質の多孔質ゲル薄膜を
形成し、更にゾルの塗布と400℃の仮焼成を2度繰り
返し、多孔質ゲル薄膜を形成した。次に、ペロブスカイ
ト結晶を得るためにRTA(Rapid Therma
l Annealing)を用いて酸素雰囲気中、5秒
間で650℃に加熱して1分間保持しプレアニールを行
い、緻密なPZT薄膜とした。再び該ゾルをスピンコー
トで塗布して400℃に仮焼成する工程を3度繰り返
し、非晶質の多孔質ゲル薄膜を積層した。次にRTAを
用い、酸素雰囲気中900℃に加熱し1分間保持してア
ニールした。その結果、1.0μmの膜厚の圧電体薄膜
4が得られる。圧電体薄膜に形成方法は、スパッタ法で
も可能である。
【0016】次に、図5に示すように上電極5上にネガ
レジスト6(HR−100:富士ハント)をスピンコー
トで塗布する。マスクによりネガレジスト6を所望の位
置に露光・現像・ベークし、硬化したネガレジストを形
成する。本実施例ではネガレジストで説明したが、ポジ
レジストの使用も可能である。
【0017】この状態で1回目のエッチングとしてドラ
イエッチング装置、例えばイオンミリング装置で図6に
示すように下電極3が露出するまで上電極5と圧電体薄
膜4を一括でエッチングしてネガレジストで形成した所
望の形状にする。エッチング後、アッシング装置で硬化
したネガレジストを除去して上電極と圧電体薄膜のパタ
ーニングが完了する。なお、イオンミリング装置では、
エッチングしたい上電極や圧電体薄膜とともにネガレジ
ストもエッチングされるため、エッチング深さによって
各々のエッチングレートを考慮してネガレジストの膜厚
を決定しなければならない。本実施例の場合、各々のエ
ッチングレートがほぼ同程度であるためネガレジストの
厚さを2μmにして行った。
【0018】ドライエッチング方法としてイオンミリン
グ法以外に反応性イオンエッチング等を用いても良い。
また、エッチング方法は他にもウエットで行うこともで
きる。例えば、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸等の酸を加熱
してエッチャントとして用いることができる。ただしこ
の場合は、上電極の電極材質をエッチャントでエッチン
グされるものにしなければならない。ウエット処理は、
ドライエッチングと比較するとパターニング精度が劣
り、電極材料も選ぶため、ドライエッチングの方が更に
好ましい。
【0019】次に下電極パターニングを行う。図7にパ
ターニング完了時の図、図8に図7の上電極端子部のA
−A断面図を示す。前述の上電極と圧電体薄膜のパター
ニングと同様にネガレジストを全面に塗布し、先ほどと
は異なるマスクによりネガレジストを端子形状として所
望の位置に露光・現像・ベークし、イオンミリング装置
で2回目のエッチングする。エッチング後、アッシング
装置で硬化したネガレジストを除去して下電極のパター
ニングが完了する。
【0020】この工程では、1回目のエッチングでエッ
チングされなかった上電極端子部8の下電極3と上電極
5の周部分の上電極5と圧電体薄膜4のエッチングを行
う。エッチングの終点は、上電極端子部8周辺の1回目
のエッチングでエッチングされて下電極3が露出してい
る部分の下電極3がなくなるまで行う。上電極端子部8
周辺での1回目と2回目のエッチングの様子を図9を用
いて説明する。1回目のエッチング時にはB部がエッチ
ングされ、2回目のエッチング時にC部がエッチングさ
れる。その結果、上電極端子部の外周には上電極5表面
とほぼ平行な圧電体薄膜面が存在し、その更に外周には
下電極3の存在しない部分が形成される。ここで、上電
極と下電極の短絡を防止するためには、上電極端子部8
の外周のエッチングは少なくとも上電極5がなくなり、
多くても下電極3が露出しないことが必要となる。その
ため、下電極の膜厚をTB、下電極のエッチング速度を
VB、圧電体薄膜の膜厚をTP、圧電体薄膜のエッチン
グ速度をVP、上電極の膜厚をTT、上電極のエッチン
グ速度をVTとすると、TT/VT<TB/VB<(T
T/VT+TP/VP)の関係を満足することが必要で
ある。
【0021】インクジェット記録ヘッドにするために、
図10に示すようにヘッド基台1裏面(圧電体薄膜を形
成した反対の面)より異方性エッチングにより幅0.1
mmのインク圧力室9とインク圧力室9へインクを供給
するインク供給路(図示しない)、インク供給路に連通
するインクリザーバー(図示しない)を形成し、インク
圧力室に対応した位置にノズルのあるノズルプレート1
0を接合した。
【0022】次に、このように作成したインクジェット
記録ヘッドに圧電体薄膜を変位させるための電界をフレ
キシブルケーブルを介し供給するために、インクジェッ
ト記録ヘッドの端子とフレキシブルケーブルの電極をA
CF(AC−7073:日立化成工業)を用いて接続し
た。接続部分の断面図を図11に示す。ACFを上電極
5の端子部とフレキシブルケーブル11の上電極用電極
12の間に挟み、170℃に加熱、2MPaの加圧によ
り接続する。上電極端子部外周の下電極3が圧電体薄膜
に覆われている部分が導電性粒子13による上電極5と
下電極3間の短絡を防止している。また、図示しない
が、接続にはんだを用いても同様に、上電極端子部外周
の下電極が圧電体薄膜に覆われている部分がはんだの流
れ出しを防止している。なお、下電極のフレキシブルケ
ーブルの下電極用電極との接続に関しては、下電極を露
出させるとその周辺には上電極が無く、上下電極間での
短絡の問題はないので、説明及び図示はしていない。そ
の結果、上電極端子部と外部から電界を印可するための
フレキシブルケーブル上電極用電極の接続部分で、下電
極と上電極の短絡が無くなり、製造歩留まりが向上し
た。また、下電極のパターニングと上電極端子部外周の
パターニングも同時に行うために、フォト工程も増やす
ことなく製造できるため製造歩留まりが向上する。
【0023】(実施例2)以下に、実施例2を図面を用
いて説明する。本実施例は、フレキシブルケーブルの電
極部と接続する上電極端子部外周の下電極が、隣接端子
間にわたって全面圧電体薄膜に覆われている例について
説明する。図12〜13は本発明に従って作成した実施
例2のインクジェット記録ヘッドの製造工程図である。
【0024】インク圧力室を形成するヘッド基台1(シ
リコン基板)にシリコン熱酸化膜2、下電極3、圧電体
薄膜4、上電極5、ネガレジストを形成し、所望の位置
に露光・現像・ベークしネガレジストを硬化させるまで
は、実施例1と同様である。なお、上電極のみエッチン
グするためネガレジストの厚さは0.3μmとした。
【0025】この状態で1回目のエッチングとしてイオ
ンミリング装置で少なくとも上電極5が無くなり、圧電
体薄膜4が露出するまでエッチングした後、アッシング
装置で硬化したネガレジストを除去する。
【0026】1回目のエッチングで残った上電極端子部
8に対し長手方向反対側(インク加圧室が形成される
側)の周辺部分の圧電体薄膜4をエッチングするため再
びネガレジストを塗布し、先ほどとは異なるマスクによ
ってパターニングを行い、イオンミリング装置でエッチ
ングし、アッシング装置で硬化したネガレジストを除去
し、図13に示す形状にする。
【0027】実施例1と同様に、インクジェット記録ヘ
ッドにするために、ヘッド基台裏面(圧電体薄膜を形成
した反対の面)より異方性エッチングにより幅0.1m
mのインク圧力室とインク圧力室へインクを供給するイ
ンク供給路、インク供給路に連通するインクリザーバー
を形成し、インク圧力室に対応した位置にノズルのある
ノズルプレートを接合した。
【0028】次に、このように作成したインクジェット
記録ヘッドに圧電体薄膜を変位させるための電界をフレ
キシブルケーブルを介し供給するために、インクジェッ
ト記録ヘッドの端子とフレキシブルケーブルをACF
(AC−7073:日立化成工業)を用いて接続した。
ACFを上電極端子部とフレキシブルケーブルの上電極
用電極間に挟み、170℃に加熱、2MPaの加圧によ
り接続する。下電極が端子部周辺では露出していないた
め、下電極と上電極の短絡の可能性はない。はんだを用
いても同様であった。その結果、上電極端子部と外部か
ら電界を印可するためのフレキシブルケーブル上電極用
電極の接続部分で、下電極と上電極の短絡が無くなり、
製造歩留まりが向上した。
【0029】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明のインクジ
ェット記録ヘッドは、フレキシブルケーブルの上電極用
電極と接続する上電極端子部の外周の下電極が、圧電体
薄膜に覆われていることによって、上電極端子と外部か
ら電界を印可するためのフレキシブルケーブル上電極用
電極の接続部分で、下電極と上電極の短絡が無くなり、
製造歩留まりが向上した。また、下電極のパターニング
と上電極端子部外周のパターニングも同時に行う場合に
は、フォト工程も増やすことなく製造できるため製造歩
留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第1の工程図。
【図2】本発明の実施例1におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第2の工程図。
【図3】本発明の実施例1におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第3の工程図。
【図4】本発明の実施例1におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第4の工程図。
【図5】本発明の実施例1におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第5の工程図。
【図6】本発明の実施例1におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第6の工程図。
【図7】本発明の実施例1におけるインクジェット記録
ヘッドの製造方法の第7の工程図。
【図8】本発明の実施例1における図7の上電極端子部
のA−A断面図。
【図9】本発明の実施例1における図7の上電極端子部
のエッチング模式図。
【図10】本発明の実施例1におけるインクジェット記
録ヘッドの断面構造模式図。
【図11】本発明の実施例1における接続部分の断面
図。
【図12】本発明の実施例2におけるインクジェット記
録ヘッドの製造方法の第1の工程図。
【図13】本発明の実施例2におけるインクジェット記
録ヘッドの製造方法の第2の工程図。
【図14】従来技術でのインクジェット記録ヘッドの基
本原理図。
【図15】従来技術でのACFの接続原理図。
【図16】従来技術での間での接続の模式図。
【図17】従来技術での図16のフレキシブルケーブル
の上電極用電極と圧電体素子の上電極の接続部の拡大断
面図。
【符号の説明】
1・・・ヘッド基台 2・・・シリコン熱酸化膜 3・・・下電極 4・・・圧電体薄膜 5・・・上電極 6・・・ネガレジスト 8・・・上電極端子部 9・・・インク加圧室 10・・・ノズルプレート 11・・・フレキシブルケーブル 12・・・上電極用電極 13・・・導電性粒子 14・・・接着剤バインダー

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インクを噴射する複数のノズルと、該複
    数のノズルにそれぞれ連通する略長方形の複数のインク
    圧力室を有するヘッド基台と、該圧力室内のインクを加
    圧する振動板と、該振動板上に配置された下電極と、該
    下電極上に配置され前記振動板を振動させる圧電体薄膜
    と、該圧電体薄膜上に配置された上電極と、外部から電
    界を印可するために前記上電極端子部に接続される上電
    極用電極を有するフレキシブルケーブルを備えたインク
    ジェット記録ヘッドにおいて、 前記フレキシブルケーブルの上電極用電極と接続する上
    電極端子部の外周の下電極が、圧電体薄膜に覆われてい
    ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  2. 【請求項2】 前記上電極端子部外周の下電極が圧電体
    薄膜に覆われている部分の表面が、上電極表面とほぼ平
    行な圧電体薄膜面であることを特徴とする請求項1記載
    のインクジェット記録ヘッド。
  3. 【請求項3】 上電極端子部外周に存在する、下電極が
    圧電体薄膜に覆われている部分の外周に、下電極が存在
    しないことを特徴とする請求項1または2記載のインク
    ジェット記録ヘッド。
  4. 【請求項4】 下電極の膜厚をTB、下電極のエッチン
    グ速度をVB、圧電体薄膜の膜厚をTP、圧電体薄膜の
    エッチング速度をVP、上電極の膜厚をTT、上電極の
    エッチング速度をVTとすると、TT/VT<TB/V
    B<(TT/VT+TP/VP)の関係を満足すること
    を特徴とする請求項1、2または3記載のインクジェッ
    ト記録ヘッド。
  5. 【請求項5】 インク圧力室を形成するヘッド基台上に (ア)振動板形成 (イ)下電極形成 (ウ)圧電体薄膜形成 (エ)上電極形成 (オ)上電極、圧電体薄膜一括パターニング (カ)下電極パターニング の工程で製造されるインクジェット記録ヘッドの製造方
    法において、(カ)の工程で上電極端子部外周の少なく
    とも上電極すべて、あるいは上電極と圧電体薄膜厚さ方
    向途中までを同時にパターニングすることを特徴とする
    インクジェット記録ヘッドの製造方法。
  6. 【請求項6】 下電極の膜厚をTB、下電極のエッチン
    グ速度をVB、圧電体薄膜の膜厚をTP、圧電体薄膜の
    エッチング速度をVP、上電極の膜厚をTT、上電極の
    エッチング速度をVTとすると、TT/VT<TB/V
    B<(TT/VT+TP/VP)の関係を満足すること
    を特徴とする請求項5記載のインクジェット記録ヘッド
    の製造方法。
JP8846696A 1996-04-10 1996-04-10 インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 Pending JPH09277519A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7935264B2 (en) 2006-09-08 2011-05-03 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head and method of manufacturing the same
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