JPH11300961A - Ink jet recording head and its production - Google Patents

Ink jet recording head and its production

Info

Publication number
JPH11300961A
JPH11300961A JP10108193A JP10819398A JPH11300961A JP H11300961 A JPH11300961 A JP H11300961A JP 10108193 A JP10108193 A JP 10108193A JP 10819398 A JP10819398 A JP 10819398A JP H11300961 A JPH11300961 A JP H11300961A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
pressure generating
recording head
generating chamber
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10108193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kyu
宏 邱
Katsuto Shimada
勝人 島田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP10108193A priority Critical patent/JPH11300961A/en
Publication of JPH11300961A publication Critical patent/JPH11300961A/en
Granted legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance an exclusion volume without lowering head characteristics. SOLUTION: A recording head is equipped with an elastic film constituting a part of the pressure generation chamber 12 communicating with a nozzle orifice, the vibration plate containing a lower electrode 60 provided on the elastic film 50, the piezoelectric layer 70 formed on the vibration plate and the upper electrode 80 formed on the surface of the piezoelectric layer 70 and a piezoelectric element active part 320 is formed on the region opposed to the pressure generation chamber 12. In this case, membrane parts 61 are formed to the peripheral walls on both sides in at least the lateral direction of the region opposed at least to the pressure generation chamber 12 of the vibration plate and a thick-walled part 62 is patterned on the inside of each membrane part 61 and the piezoelectric element active part 320 consisting of the piezoelectric layer 70 and the upper electrode 80 is patterned on the thick-walled part 62 and the width thereof is made narrower than the thick-walled part 62 to enhance an exclusion volume.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を弾性膜で構
成し、この弾性膜の表面に圧電体層を形成して、圧電体
層の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure generating chamber which is in communication with a nozzle opening for ejecting ink droplets, which is constituted by an elastic film. The present invention relates to an ink jet recording head that ejects ink droplets by displacement of layers.

【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、この弾性膜を圧
電振動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、圧電振動子の軸方向に伸長、収縮す
る縦振動モードの圧電振動子を使用したものと、たわみ
振動モードの圧電振動子を使用したものの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 which communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a diaphragm, and the elastic film is deformed by a piezoelectric vibrator to pressurize ink in the pressure generating chamber to open the nozzle opening. There are two types of ink-jet recording heads that eject ink droplets from a piezoelectric vibrator, one that uses a longitudinal vibration mode piezoelectric vibrator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric vibrator, and the other that uses a flexural vibration mode piezoelectric vibrator. Has been put to practical use.

【0003】前者は圧電振動子の端面を弾性膜に当接さ
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、圧電振動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
た圧電振動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 vibrator into contact with an elastic film, so that a head suitable for high-density printing can be manufactured. A complicated process of cutting the piezoelectric vibrators into a comb-tooth shape in accordance with the arrangement pitch of the nozzle openings, and a work of positioning and fixing the separated piezoelectric vibrators in the pressure generating chambers, which complicates the manufacturing process. There is.

【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弾性膜に圧電振動子を
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 vibrator can be formed on an elastic film by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of the pressure generating chamber and firing the green sheet. However, due to the use of flexural vibration, a certain area is required, and there is a problem 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、弾性膜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振動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 over the entire surface of the elastic film by a film forming technique as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-286131. A proposal has been made in which this piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chambers by lithography, and a piezoelectric vibrator is formed so as to be independent for each pressure generating chamber.

【0006】これによれば圧電振動子を弾性膜に貼付け
る作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、
かつ簡便な手法で圧電振動子を作り付けることができる
ばかりでなく、圧電振動子の厚みを薄くできて高速駆動
が可能になるという利点がある。なお、この場合、圧電
材料層は弾性膜の表面全体に設けたままで少なくとも上
電極のみを各圧力発生室毎に設けることにより、各圧力
発生室に対応する圧電振動子を駆動することができる。
According to this, the work of attaching the piezoelectric vibrator to the elastic film becomes unnecessary, and the precision of the lithography method is eliminated.
In addition to the fact that the piezoelectric vibrator can be manufactured by a simple and simple method, there is an advantage that the thickness of the piezoelectric vibrator can be reduced and high-speed driving is possible. In this case, the piezoelectric vibrator corresponding to each pressure generating chamber can be driven by providing at least only the upper electrode for each pressure generating chamber while the piezoelectric material layer is provided on the entire surface of the elastic film.

【0007】また、このようなたわみモードの圧電振動
子を使用した記録ヘッドでは、一般に、弾性膜上に一様
に形成した下電極上に、圧電材料層及び上電極をパター
ニングすることにより、圧電振動子が形成されていた。
このような圧電振動子の場合、計算上の特性を得ること
ができるが、実用のためには特性自体が不十分であるた
め、さらに特性を向上する必要があるという問題があっ
た。
In a recording head using such a flexural mode piezoelectric vibrator, a piezoelectric material layer and an upper electrode are generally patterned on a lower electrode uniformly formed on an elastic film, thereby obtaining a piezoelectric element. A vibrator was formed.
In the case of such a piezoelectric vibrator, calculation characteristics can be obtained, but since the characteristics themselves are insufficient for practical use, there is a problem that the characteristics need to be further improved.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
めに、圧力発生室の幅方向両側の周壁との境界近傍の下
電極の一部を圧電材料層及び上電極と同じ幅で除去して
排除体積の向上を図った圧電振動子を提案したが、実際
には計算上の特性が得られないという問題がある。
In order to solve this problem, a part of the lower electrode near the boundary with the peripheral wall on both sides in the width direction of the pressure generating chamber is removed with the same width as the piezoelectric material layer and the upper electrode. Although a piezoelectric vibrator with an improved excluded volume has been proposed, there is a problem in that it is not possible to actually obtain a calculated characteristic.

【0009】この原因としては、圧電材料層及び下電極
を同一マスクによって、同一プロセスで加工するため、
圧電材料層がイオンミリング中に側面からダメージを受
けること、又は下電極の除去により圧電材料層と下電極
との界面に強い応力が働くことが考えられ、これにより
ヘッドの特性が低下するものと推定される。
This is because the piezoelectric material layer and the lower electrode are processed by the same process using the same mask.
It is conceivable that the piezoelectric material layer is damaged from the side during ion milling, or strong stress acts on the interface between the piezoelectric material layer and the lower electrode by removing the lower electrode, thereby deteriorating the characteristics of the head. Presumed.

【0010】そこで、本発明はこのような事情に鑑み、
ヘッド特性を低下させることなく、排除体積の向上を図
ったインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法を提
供することを課題とする。
Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances,
It is an object of the present invention to provide an ink jet type recording head in which the excluded volume is improved without deteriorating the head characteristics, and a method of manufacturing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第1の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室の
一部を構成する弾性膜及び該弾性膜上に設けられた下電
極を含む振動板と、この振動板上に形成された圧電体層
と、該圧電体層の表面に形成された上電極とを備え、前
記圧力発生室に対向する領域に圧電体能動部を形成した
インクジェット式記録ヘッドにおいて、前記振動板の少
なくとも前記圧力発生室に対向する領域の少なくとも幅
方向両側の周壁に薄膜部が形成されてその内側に厚肉部
がパターニングされ、この厚肉部上に前記圧電体層及び
前記上電極からなる圧電体能動部がパターニングされ、
該圧電体能動部の幅が前記厚肉部の幅よりも狭いことを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an elastic film forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and a lower electrode provided on the elastic film. And a piezoelectric layer formed on the diaphragm, and an upper electrode formed on the surface of the piezoelectric layer, and a piezoelectric active portion is formed in a region facing the pressure generating chamber. In the ink jet recording head, a thin film portion is formed on at least the peripheral walls on both sides in the width direction of at least a region facing the pressure generating chamber of the vibration plate, and a thick portion is patterned inside the thin film portion. The piezoelectric body active portion consisting of the piezoelectric layer and the upper electrode is patterned,
The width of the piezoelectric active portion is smaller than the width of the thick portion.

【0012】かかる第1の態様では、圧電体層にダメー
ジを与えることなく、振動板に薄膜部を形成することが
でき、排除体積を向上することができる。
According to the first aspect, the thin film portion can be formed on the diaphragm without damaging the piezoelectric layer, and the excluded volume can be improved.

【0013】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記厚肉部の幅方向の一方側の端部と前記圧電体能
動部の端部との幅方向の位置ずれが、2μm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 second aspect of the present invention, in the first aspect, the displacement in the width direction between one end in the width direction of the thick part and the end of the piezoelectric active part is 2 μm. The above is an ink jet type recording head.

【0014】かかる第2の態様では、圧電体層が受ける
ダメージが、より確実に防止される。
According to the second aspect, damage to the piezoelectric layer is more reliably prevented.

【0015】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記厚肉部の幅方向の一方側の端部と前記圧
電体能動部の端部との幅方向の位置ずれが、前記圧電体
能動部の幅の5〜10%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 third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the widthwise misalignment between one end of the thick portion in the width direction and the end of the piezoelectric active portion is different. And a width of the piezoelectric active portion is 5 to 10% of the width of the piezoelectric active portion.

【0016】かかる第3の態様では、圧電体層が受ける
ダメージが、より確実に防止され、且つ圧電体能動部の
駆動による振動板の所望の変形量が確保される。
In the third aspect, damage to the piezoelectric layer is more reliably prevented, and a desired amount of deformation of the diaphragm due to driving of the piezoelectric active section is ensured.

【0017】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記圧電体能動部の上面には当該圧電
体能動部に電圧を印加するためのリード電極と前記上電
極との接続を行うコンタク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 fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a lead electrode for applying a voltage to the piezoelectric active portion and the upper electrode are provided on an upper surface of the piezoelectric active portion. An ink jet recording head having a contact portion for making a connection with the ink jet recording head.

【0018】かかる第4の態様では、コンタクト部を介
して圧電体能動部に電圧が印加される。
In the fourth aspect, a voltage is applied to the piezoelectric active section via the contact section.

【0019】本発明の第5の態様は、第1〜3の何れか
において、前記圧電体能動部を構成する前記圧電体層及
び前記上電極は、前記圧力発生室の長手方向の少なくと
も一端部からその周壁上まで延設されていることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric active portion are provided at least at one end in a longitudinal direction of the pressure generating chamber. And an ink jet type recording head which extends from the top to the peripheral wall.

【0020】かかる第5の態様では、周壁上の上電極を
介して圧電体能動部に電圧が印加される。
In the fifth aspect, a voltage is applied to the piezoelectric active portion via the upper electrode on the peripheral wall.

【0021】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
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、前記圧電振動子の各層が
成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであるこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head characterized by being formed by a method.

【0022】かかる第6の態様では、高密度のノズル開
口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比
較的容易に製造することができる。
In the sixth aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0023】本発明の第7の態様は、圧力発生室を形成
する基板の一方面に設けられた弾性膜上に下電極層、圧
電体層及び上電極層を順次積層して各層をパターニング
することにより前記圧力発生室に対向する領域に前記圧
電体層及び前記上電極からなる圧電体能動部を形成する
インクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記
上電極及び前記圧電体層を前記圧力発生室の幅より小さ
い幅でパターニングして前記圧電体能動部を形成する第
1の工程と、前記圧電体能動部の幅方向外側の前記下電
極の厚さ方向の少なくとも一部をパターニング除去して
薄膜部を形成してその内側に前記圧電体能動部よりは幅
広く且つ前記圧力発生室よりは幅狭の厚肉部を形成する
第2の工程とを有することを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドの製造方法にある。
According to a seventh aspect of the present invention, a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer are sequentially laminated on an elastic film provided on one surface of a substrate on which a pressure generating chamber is formed, and each layer is patterned. In a method for manufacturing an ink jet recording head in which a piezoelectric active portion including the piezoelectric layer and the upper electrode is formed in a region opposed to the pressure generating chamber, the upper electrode and the piezoelectric layer are connected to the pressure generating chamber. A first step of forming the piezoelectric active part by patterning with a width smaller than the width of the lower electrode, and patterning and removing at least a part of the lower electrode in the thickness direction outside the width direction of the piezoelectric active part. Forming a thick portion that is wider than the piezoelectric active portion and narrower than the pressure generating chamber inside the portion. Lies in the way.

【0024】かかる第7の態様では、下電極の一部をパ
ターニング除去する際に、圧電体能動部よりも幅広く且
つ圧力発生室よりも幅狭の厚肉部を形成することによ
り、圧電体層にダメージを与えることなく薄膜部を形成
することができる。
In the seventh aspect, when a part of the lower electrode is removed by patterning, a thick portion wider than the piezoelectric active portion and narrower than the pressure generating chamber is formed, thereby forming the piezoelectric layer. The thin film portion can be formed without damaging the semiconductor device.

【0025】本発明の第8の態様は、第7の態様におい
て、前記第2の工程で前記下電極をパターニングする際
には、前記圧電体能動部の幅方向の端面はレジストパタ
ーンで保護されていることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドの製造方法にある。
According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, when patterning the lower electrode in the second step, an end face in a width direction of the piezoelectric active portion is protected by a resist pattern. A method for manufacturing an ink jet recording head.

【0026】かかる第8の態様では、レジストパターン
によって、下電極に薄膜部を形成する際の圧電体層のダ
メージが防止される。
In the eighth aspect, the resist pattern prevents the piezoelectric layer from being damaged when the thin film portion is formed on the lower electrode.

【0027】本発明の第9の態様は、第7又は8の態様
において、各層のパターニングは、ドライエッチングに
より行うことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
の製造方法にある。
A ninth aspect of the present invention is the method of manufacturing an ink jet recording head according to the seventh or eighth aspect, wherein the patterning of each layer is performed by dry etching.

【0028】かかる第9の態様では、ドライエッチング
により、インクジェット式記録ヘッドを比較的容易に製
造することができる。
In the ninth aspect, an ink jet recording head can be manufactured relatively easily by dry etching.

【0029】[0029]

【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.

【0030】(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、その1つの圧力発生室の長手方向にお
ける断面構造を示す図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 shows a sectional structure of one of the pressure generating chambers in the longitudinal direction. FIG.

【0031】図示するように、流路形成基板10は、本
実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板10としては、通常、150〜3
00μm程度の厚さのものが用いられ、望ましくは18
0〜280μm程度、より望ましくは220μm程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is a silicon single crystal substrate having a plane orientation of (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, usually 150 to 3
A thickness of about 00 μm is used.
Those having a thickness of about 0 to 280 μm, more preferably about 220 μm are suitable. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.

【0032】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。
One surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and the other surface is formed with an elastic film 50 of 1-2 μm in thickness made of silicon dioxide formed by thermal oxidation in advance.

【0033】一方、流路形成基板10の開口面には、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、
ノズル開口11、圧力発生室12が形成されている。
On the other hand, the opening surface of the flow path forming substrate 10 is anisotropically etched on a silicon single crystal substrate,
A nozzle opening 11 and a pressure generating chamber 12 are formed.

【0034】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, it 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.

【0035】本実施形態では、各圧力発生室12の長辺
を第1の(111)面で、短辺を第2の(111)面で
形成している。この圧力発生室12は、流路形成基板1
0をほぼ貫通して弾性膜50に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。なお、弾性膜50は、シ
リコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵さ
れる量がきわめて小さい。
In this embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane, and the short side is formed by the second (111) plane. The pressure generating chamber 12 is provided on the flow path forming substrate 1.
It is formed by etching until it reaches the elastic film 50 almost through 0. The amount of the elastic film 50 that is attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small.

【0036】一方、各圧力発生室12の一端に連通する
各ノズル開口11は、圧力発生室12より幅狭で且つ浅
く形成されている。すなわち、ノズル開口11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。
On the other hand, each nozzle opening 11 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is formed narrower and shallower than the pressure generating chamber 12. That is, the nozzle opening 11 is formed by partially etching (half-etching) the silicon single crystal substrate in the thickness direction. In addition,
Half etching is performed by adjusting the etching time.

【0037】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室12の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口11の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
1インチ当たり360個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口11は数十μmの溝幅で精度よく形成する必要
がある。
Here, the size of the pressure generating chamber 12 for applying the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 11 for ejecting the ink droplet depend on the amount of the ejected ink droplet, the ejection speed, and the ejection frequency. Optimized. For example,
When recording 360 ink droplets per inch, the nozzle openings 11 need to be formed with a groove width of several tens of μm with high accuracy.

【0038】また、各圧力発生室12と後述する共通イ
ンク室31とは、後述する封止板20の各圧力発生室1
2の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク
供給連通口21を介して連通されており、インクはこの
インク供給連通口21を介して共通インク室31から供
給され、各圧力発生室12に分配される。
Further, each pressure generating chamber 12 and a common ink chamber 31 described later are connected to each pressure generating chamber 1 of the sealing plate 20 described later.
The ink is supplied from a common ink chamber 31 through the ink supply communication port 21 formed at a position corresponding to one end of the pressure generation chamber 12. Distributed to

【0039】封止板20は、前述の各圧力発生室12に
対応したインク供給連通口21が穿設された、厚さが例
えば、0.1〜1mmで、線膨張係数が300℃以下
で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラ
スセラミックスからなる。なお、インク供給連通口21
は、図3(a),(b)に示すように、各圧力発生室1
2のインク供給側端部の近傍を横断する一のスリット孔
21Aでも、あるいは複数のスリット孔21Bであって
もよい。封止板20は、一方の面で流路形成基板10の
一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力
から保護する補強板の役目も果たす。また、封止板20
は、他面で共通インク室31の一壁面を構成する。
The sealing plate 20 is provided with an ink supply communication port 21 corresponding to each of the pressure generating chambers 12 described above, and has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a linear expansion coefficient of 300 ° C. or less. , For example, 2.5-4.5 [× 10 −6 / ° C.]. In addition, the ink supply communication port 21
Each of the pressure generating chambers 1 is, as shown in FIGS.
It may be one slit hole 21A crossing the vicinity of the second ink supply side end or a plurality of slit holes 21B. The sealing plate 20 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 on one surface, and also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impact and external force. In addition, the sealing plate 20
The other surface constitutes one wall surface of the common ink chamber 31.

【0040】共通インク室形成基板30は、共通インク
室31の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、イ
ンク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を
打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共
通インク室形成基板30の厚さは、0.2mmとしてい
る。
The common ink chamber forming substrate 30 forms the peripheral wall of the common ink chamber 31, and is formed by punching a stainless steel plate having an appropriate thickness in accordance with the number of nozzles and the ink droplet ejection frequency. . In the present embodiment, the thickness of the common ink chamber forming substrate 30 is 0.2 mm.

【0041】インク室側板40は、ステンレス基板から
なり、一方の面で共通インク室31の一壁面を構成する
ものである。また、インク室側板40には、他方の面の
一部にハーフエッチングにより凹部40aを形成するこ
とにより薄肉壁41が形成され、さらに、外部からのイ
ンク供給を受けるインク導入口42が打抜き形成されて
いる。なお、薄肉壁41は、インク滴吐出の際に発生す
るノズル開口11と反対側へ向かう圧力を吸収するため
のもので、他の圧力発生室12に、共通インク室31を
経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
本実施形態では、インク導入口42と外部のインク供給
手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側
板40を0.2mmとし、その一部を厚さ0.02mm
の薄肉壁41としているが、ハーフエッチングによる薄
肉壁41の形成を省略するために、インク室側板40の
厚さを初めから0.02mmとしてもよい。
The ink chamber side plate 40 is made of a stainless steel substrate, and one surface of the ink chamber side plate 40 constitutes one wall surface of the common ink chamber 31. In the ink chamber side plate 40, a thin wall 41 is formed by forming a concave portion 40a by half etching on a part of the other surface, and an ink introduction port 42 for receiving ink supply from the outside is punched and formed. ing. The thin wall 41 is for absorbing pressure generated at the time of ink droplet ejection toward the side opposite to the nozzle opening 11, and is unnecessary for the other pressure generating chambers 12 via the common ink chamber 31. Prevents positive or negative pressure from being applied.
In the present embodiment, the ink chamber side plate 40 is made 0.2 mm in consideration of rigidity required at the time of connection between the ink introduction port 42 and an external ink supply means, and a part of the thickness is 0.02 mm.
The thickness of the ink chamber side plate 40 may be 0.02 mm from the beginning in order to omit the formation of the thin wall 41 by half etching.

【0042】一方、流路形成基板10の開口面とは反対
側の弾性膜50の上には、厚さが例えば、約0.5μm
の下電極膜60と、厚さが例えば、約1μmの圧電体膜
70と、厚さが例えば、約0.1μmの上電極膜80と
が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電振動子
(圧電素子)300を構成している。ここで、圧電振動
子300は、下電極膜60、圧電体膜70、及び上電極
膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電振動子30
0の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び
圧電体膜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膜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は圧電振
動子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電振動子
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。
On the other hand, on the elastic film 50 on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, for example, a thickness of about 0.5 μm
A lower electrode film 60, a piezoelectric film 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are formed by lamination in a process to be described later. (Piezoelectric element) 300 is constituted. Here, the piezoelectric vibrator 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80. Generally, the piezoelectric vibrator 30
0 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric film 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. Here, a portion which is constituted by one of the patterned electrodes and the piezoelectric film 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 vibrator 300, and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric vibrator 300. Absent. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber.

【0043】そして、かかる各上電極膜80の上面の少
なくとも周縁、及び圧電体膜70の側面を覆うように電
気絶縁性を備えた絶縁体層90が形成されている。絶縁
体層90は、成膜法による形成やまたエッチングによる
整形が可能な材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコ
ン、有機材料、好ましくは剛性が低く、且つ電気絶縁性
に優れた感光性ポリイミドで形成するのが好ましい。
An insulating layer 90 having electrical insulation is formed so as to cover at least the periphery of the upper surface of each of the upper electrode films 80 and the side surfaces of the piezoelectric film 70. The insulator layer 90 is formed of a material that can be formed by a film formation method or shaped by etching, for example, silicon oxide, silicon nitride, or an organic material, preferably photosensitive polyimide having low rigidity and excellent electrical insulation. Is preferred.

【0044】絶縁体層90の各上電極膜80の一端部に
対応する部分の上面を覆う部分の一部には後述するリー
ド電極100と接続するために上電極膜80の一部を露
出させるコンタクトホール90aが形成されている。そ
して、このコンタクトホール90aを介して各上電極膜
80に一端が接続し、また他端が接続端子部に延びるリ
ード電極100が形成されている。リード電極100
は、駆動信号を上電極膜80に確実に供給できる程度に
可及的に狭い幅となるように形成されている。
At a part of the insulator layer 90 which covers the upper surface of a part corresponding to one end of each upper electrode film 80, a part of the upper electrode film 80 is exposed for connection with a lead electrode 100 described later. A contact hole 90a is formed. One end is connected to each upper electrode film 80 via the contact hole 90a, and the other end is formed with a lead electrode 100 extending to the connection terminal portion. Lead electrode 100
Are formed so as to be as narrow as possible so as to reliably supply the drive signal to the upper electrode film 80.

【0045】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板10上に、圧電体膜70等を形成するプロセス
を図4を参照しながら説明する。
Here, a process for forming the piezoelectric film 70 and the like on the flow path forming substrate 10 made of a silicon single crystal substrate will be described with reference to FIG.

【0046】図4(a)に示すように、まず、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。
As shown in FIG. 4A, first, a silicon single crystal substrate wafer serving as the flow path forming substrate 10 is
Thermal oxidation is performed in a diffusion furnace at 0 ° C. to form an elastic film 50 made of silicon dioxide.

【0047】次に、図4(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を形成する。下電極膜60の材料
としては、Pt等が好適である。これは、スパッタリン
グやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜70は、成
膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で600〜100
0℃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、圧電体膜70としてPZTを用いた場合に
は、PbO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Ptが好適である。
Next, as shown in FIG. 4B, a lower electrode film 60 is formed by sputtering. Pt or the like is preferable as the material of the lower electrode film 60. This is because a piezoelectric film 70 to be described later, which is formed by sputtering or a sol-gel method, has a thickness of 600 to 100 in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation.
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 0 ° C. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity at such a high temperature and in an oxidizing atmosphere. In particular, when PZT is used for the piezoelectric film 70, the conductivity of the material by diffusion of PbO is increased. It is desirable that there is little change in sex, and Pt is preferred for these reasons.

【0048】次に、図4(c)に示すように、圧電体膜
70を成膜する。この圧電体膜70の成膜にはスパッタ
リングを用いることもできるが、本実施形態では、金属
有機物を溶媒に溶解・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
からなる圧電体膜70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を
用いている。圧電体膜70の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛(PZT)系の材料がインクジェット式記録
ヘッドに使用する場合には好適である。
Next, as shown in FIG. 4C, a piezoelectric film 70 is formed. The piezoelectric film 70 can be formed by sputtering, but in this embodiment, a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried and gelled, and further baked at a high temperature. A so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric film 70 made of an oxide is used. As a material for the piezoelectric film 70, a lead zirconate titanate (PZT) -based material is suitable when used in an ink jet recording head.

【0049】次に、図4(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、Al、Au、Ni、Pt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、P
tをスパッタリングにより成膜している。
Next, as shown in FIG. 4D, an upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 only needs to be a material having high conductivity, and many metals such as Al, Au, Ni, and Pt, and a conductive oxide can be used. In the present embodiment, P
t is formed by sputtering.

【0050】次に、図5に示すように、下電極膜60、
圧電体膜70及び上電極膜80をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 5, the lower electrode film 60,
The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned.

【0051】まず、図5(a)に示すように、下電極膜
60、圧電体膜70及び上電極膜80を一緒にエッチン
グして下電極膜60の全体パターンをパターニングす
る。次いで、図5(b)に示すように、圧電体膜70及
び上電極膜80のみをエッチングして圧電体能動部32
0のパターニングを行う。次に、図5(c)に示すよう
に、各圧力発生室12(図5では圧力発生室12は形成
前であるが、破線で示す)の幅方向両側に対向する領域
の下電極膜60をパターニングする。本実施形態では、
圧電体能動部320の幅よりも広く且つ圧力発生室12
の幅よりも狭い領域を残して、その他の部分の下電極膜
60をハーフエッチング等により一部除去することによ
り、圧電体能動部320に対応する部分の下電極膜60
よりも厚さの薄い薄膜部61を形成する。すなわち、こ
の薄膜部61を形成することにより、圧電体能動部32
0に対応する部分の振動板には、薄膜部61よりも厚さ
の厚い厚肉部62が形成されることになる。このような
薄膜部61を設けることにより、圧電体能動部320へ
の電圧印加による振動板の変位量の向上を図っている。
First, as shown in FIG. 5A, the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched together to pattern the entire pattern of the lower electrode film 60. Next, as shown in FIG. 5B, only the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched to form the piezoelectric active portion 32.
0 patterning is performed. Next, as shown in FIG. 5C, the lower electrode film 60 in a region opposed to both sides in the width direction of each pressure generating chamber 12 (in FIG. 5, the pressure generating chamber 12 is not formed yet but is shown by a broken line). Is patterned. In this embodiment,
The pressure generating chamber 12 is wider than the width of the piezoelectric
The remaining portion of the lower electrode film 60 is partially removed by half-etching or the like, leaving a region smaller than the width of the lower electrode film 60, so that the lower electrode film 60 corresponding to the piezoelectric active portion 320 is removed.
The thin film portion 61 having a smaller thickness is formed. That is, by forming the thin film portion 61, the piezoelectric active portion 32 is formed.
A thick portion 62 thicker than the thin film portion 61 is formed on the diaphragm corresponding to 0. By providing such a thin film portion 61, the amount of displacement of the diaphragm due to application of a voltage to the piezoelectric active portion 320 is improved.

【0052】以上のように、下電極膜60等をパターニ
ングした後には、好ましくは、各上電極膜80の上面の
少なくとも周縁、及び圧電体膜70および下電極膜60
の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層90を
形成する(図2参照)。
After patterning the lower electrode film 60 and the like as described above, preferably, at least the periphery of the upper surface of each upper electrode film 80, and the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60 are preferably formed.
Is formed so as to cover the side surfaces of the substrate (see FIG. 2).

【0053】そして、絶縁体層90の各圧電体能動部3
20の端部近傍に対応する部分の一部には、コンタクト
ホール90aが形成されている。そして、このコンタク
トホール90aを介して各上電極膜80に一端が接続
し、また他端がAFC(異方性導電膜)等の接続端子部
に延びるリード電極100が形成されている。
Then, each piezoelectric active portion 3 of the insulator layer 90
A contact hole 90a is formed in a part of the portion corresponding to the vicinity of the end of 20. One end is connected to each upper electrode film 80 through the contact hole 90a, and the other end is formed with a lead electrode 100 extending to a connection terminal portion such as an AFC (anisotropic conductive film).

【0054】このような絶縁体層及びリード電極の形成
プロセスを図6に示す。
FIG. 6 shows a process of forming such an insulator layer and a lead electrode.

【0055】まず、図6(a)に示すように、上電極膜
80の周縁部、圧電体膜70および下電極膜60の側面
を覆うように絶縁体層90を形成する。この絶縁体層9
0は、本実施形態ではネガ型の感光性ポリイミドを用い
ている。
First, as shown in FIG. 6A, an insulator layer 90 is formed so as to cover the periphery of the upper electrode film 80, the side surfaces of the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60. This insulator layer 9
In this embodiment, 0 is a negative photosensitive polyimide.

【0056】次に、図6(b)に示すように、絶縁体層
90をパターニングすることにより、各圧力発生室12
の一端部近傍に対応する部分にコンタクトホール90a
を形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, by patterning the insulator layer 90, each of the pressure generating chambers 12 is formed.
Contact hole 90a
To form

【0057】次に、例えば、Cr−Auなどの導電体を
全面に成膜した後、パターニングすることにより、リー
ド電極100を形成する。
Next, a lead electrode 100 is formed by depositing a conductor such as Cr-Au on the entire surface and patterning the conductor.

【0058】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、図6(c)に示すように、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、圧力発生室12等を形成する。なお、
以上説明した一連の膜形成及び異方性エッチングは、一
枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス
終了後、図1に示すような一つのチップサイズの流路形
成基板10毎に分割する。また、分割した流路形成基板
10を、封止板20、共通インク室形成基板30、及び
インク室側板40と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 above is the film forming process. After forming the film in this manner, as shown in FIG. 6C, the silicon single crystal substrate is subjected to anisotropic etching with the above-described alkali solution to form the pressure generating chamber 12 and the like. In addition,
In the series of film formation and anisotropic etching described above, a number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after completion of the process, each of the flow path forming substrates 10 having one chip size as shown in FIG. To divide. Further, the divided flow path forming substrate 10 is sequentially adhered and integrated with the sealing plate 20, the common ink chamber forming substrate 30, and the ink chamber side plate 40 to form an ink jet recording head.

【0059】このように形成されたインクジェット式記
録ヘッドの要部平面及び断面を図7に示す。
FIG. 7 shows a plan view and a cross section of a main part of the ink jet recording head thus formed.

【0060】図7に示すように、本実施形態では、圧電
体膜70および上電極膜80からなる圧電体能動部32
0は、圧力発生室12に対向する領域に設けられてい
る。また、圧電体能動部320の長手方向端部近傍に
は、圧電体能動部320上に設けられている絶縁体層9
0のコンタクトホール90aを介して上電極膜80とリ
ード電極100とが接続されている。
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the piezoelectric active portion 32 composed of the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 is used.
0 is provided in a region facing the pressure generating chamber 12. In the vicinity of the longitudinal end of the piezoelectric active part 320, an insulator layer 9 provided on the piezoelectric active part 320 is provided.
The upper electrode film 80 and the lead electrode 100 are connected via the 0 contact hole 90a.

【0061】また、圧力発生室12の幅方向両側に対向
する領域の振動板には、他の部分よりも厚さの薄い薄膜
部61が形成されている。したがって、圧電体能動部3
20に対応する部分の振動板は、結果的に、薄膜部61
よりも厚さの厚い厚肉部62となっている。
Further, a thin film portion 61 having a smaller thickness than other portions is formed on the diaphragm in a region opposed to both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12. Therefore, the piezoelectric active part 3
As a result, the diaphragm at the portion corresponding to 20
The thick portion 62 is thicker than the thick portion 62.

【0062】この厚肉部62は、圧電体能動部320の
幅よりも広く且つ圧力発生室12の幅よりも狭い幅を有
する。すなわち、厚肉部62は、幅方向一端部が圧電体
膜70の幅方向一端部から距離Lだけ離れて形成されて
いる。すなわち、図8(a)(b)に示すように、圧電
体能動部320の幅方向両側面は、下電極膜60をパタ
ーニングする際には、レジスト110で覆われて保護さ
れる。これにより、下電極膜60をパターニングする際
の圧電体膜70のダメージが抑えられる。したがって、
厚肉部62と圧電体膜70との幅方向端部間の距離L
は、レジスト110の膜厚を考慮して、少なくとも2μ
m以上離れていることが好ましい。さらに、距離Lを必
要以上に長くすると、振動板の変形量が減少しヘッドの
特性が低下しまう。そのため、距離Lは、圧電体膜70
の幅Wの5〜10%であることが好ましい。例えば、本
実施形態では、W=30μmであるのに対して、L=2
μmとして形成した。
The thick portion 62 has a width larger than the width of the piezoelectric body active portion 320 and smaller than the width of the pressure generating chamber 12. That is, the thick portion 62 is formed such that one end in the width direction is separated from the one end in the width direction of the piezoelectric film 70 by the distance L. That is, as shown in FIGS. 8A and 8B, when patterning the lower electrode film 60, the both sides in the width direction of the piezoelectric active portion 320 are covered and protected by the resist 110. Thereby, damage to the piezoelectric film 70 when patterning the lower electrode film 60 is suppressed. Therefore,
Distance L between the ends in the width direction of thick portion 62 and piezoelectric film 70
Is at least 2 μm in consideration of the thickness of the resist 110.
m or more. Furthermore, if the distance L is made longer than necessary, the amount of deformation of the diaphragm decreases, and the characteristics of the head deteriorate. Therefore, the distance L is set to
Is preferably 5 to 10% of the width W. For example, in the present embodiment, while W = 30 μm, L = 2
μm.

【0063】このように、圧電体能動部320に対応す
る部分の振動板を、圧電体能動部320の幅よりも広い
幅を有する厚肉部62とすることにより、すなわち、厚
肉部62の幅方向の端部を圧電体能動部320の幅方向
端部よりも所定距離だけ外側に設けることにより、下電
極膜60をイオンミリング等でパターニングする際に、
圧電体膜70が側面から受けるダメージを抑えることが
できる。また、圧電体膜70と下電極膜60との界面に
働く応力が抑えられる。さらに、圧力発生室12の幅方
向両側に対向する領域の振動板には、下電極膜60の一
部を除去した薄膜部61が設けられているため、実質的
に圧電体能動部320の駆動による振動板の変形量が向
上される。したがって、ヘッドの特性を十分に向上する
ことができ、また、ヘッドの信頼性の向上を図ることが
できる。
As described above, by forming the diaphragm corresponding to the piezoelectric active portion 320 as the thick portion 62 having a width larger than the width of the piezoelectric active portion 320, By providing the end in the width direction by a predetermined distance outside the end in the width direction of the piezoelectric active portion 320, when patterning the lower electrode film 60 by ion milling or the like,
Damage to the piezoelectric film 70 from the side surface can be suppressed. Further, the stress acting on the interface between the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60 is suppressed. Further, since the diaphragm in the region opposed to both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12 is provided with the thin film portion 61 from which a part of the lower electrode film 60 is removed, the driving of the piezoelectric active portion 320 is substantially performed. As a result, the amount of deformation of the vibration plate is improved. Therefore, the characteristics of the head can be sufficiently improved, and the reliability of the head can be improved.

【0064】このように構成したインクジェットヘッド
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42からインクを取り込み、共通インク室31から
ノズル開口11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、リー
ド電極100を介して下電極膜60と上電極膜80との
間に電圧を印加し、弾性膜50、下電極膜60及び圧電
体膜70をたわみ変形させることにより、圧力発生室1
2内の圧力が高まりノズル開口11からインク滴が吐出
する。
The ink jet head thus configured takes in ink from an ink inlet 42 connected to external ink supply means (not shown), fills the interior from the common ink chamber 31 to the nozzle opening 11 with ink, and
In accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 via the lead electrode 100, and the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric film 70 The pressure generating chamber 1 is deformed by bending.
The pressure in 2 increases, and ink droplets are ejected from nozzle opening 11.

【0065】なお、本実施形態では、薄膜部61は下電
極膜60を完全に除去せずに、厚さ方向の一部を除去す
ることにより形成したが、これに限定されず、例えば、
図9(a)に示すように、下電極膜60を完全に除去す
るようにしてもよく、また例えば、図9(b)に示すよ
うに、弾性膜50の一部まで除去するようにしてもよ
い。
In this embodiment, the thin film portion 61 is formed by partially removing the lower electrode film 60 in the thickness direction without completely removing the lower electrode film 60. However, the present invention is not limited to this.
As shown in FIG. 9A, the lower electrode film 60 may be completely removed. For example, as shown in FIG. 9B, a part of the elastic film 50 may be removed. Is also good.

【0066】また、本実施形態では、圧力発生室12隣
接する圧力発生室12との間の全ての下電極膜60を一
部除去するようにしたが、これに限定されず、例えば、
図10に示すように、少なくとも圧力発生室12の幅方
向の端部近傍に対向する領域のみに薄膜部61を形成す
るようにしても、上述同様の効果が得られる。
In this embodiment, all the lower electrode films 60 between the pressure generating chamber 12 and the adjacent pressure generating chamber 12 are partially removed. However, the present invention is not limited to this.
As shown in FIG. 10, the same effect as described above can be obtained by forming the thin film portion 61 only in a region facing at least the vicinity of the end in the width direction of the pressure generating chamber 12.

【0067】さらに、本実施形態では、コンタクトホー
ル90aは、圧力発生室12に対向する位置に設けられ
ているが、例えば、図11に示すように、圧電体膜70
及び上電極膜80を圧力発生室12の周壁上まで延設し
てもよい。
Further, in the present embodiment, the contact hole 90a is provided at a position facing the pressure generating chamber 12, but for example, as shown in FIG.
Alternatively, the upper electrode film 80 may be extended to the peripheral wall of the pressure generating chamber 12.

【0068】(他の実施形態)以上、本発明の実施形態
を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構
成は上述したものに限定されるものではない。
(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.

【0069】例えば、上述した封止板20の他、共通イ
ンク室形成板30をガラスセラミックス製としてもよ
く、さらには、薄肉膜41を別部材としてガラスセラミ
ックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由であ
る。
For example, in addition to the sealing plate 20 described above, the common ink chamber forming plate 30 may be made of glass ceramic, and the thin film 41 may be made of glass ceramic as a separate member. Changes are free.

【0070】さらに、上述した実施形態では、ノズル開
口を流路形成基板10の端面に形成しているが、面に垂
直な方向に突出するノズル開口を形成してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the nozzle openings are formed on the end surface of the flow path forming substrate 10. However, the nozzle openings protruding in a direction perpendicular to the surface may be formed.

【0071】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図12、その流路の断面を図13にぞれぞれ示す。こ
の実施形態では、ノズル開口11が圧電振動子とは反対
のノズル基板120に穿設され、これらノズル開口11
と圧力発生室12とを連通するノズル連通口22が、封
止板20,共通インク室形成板30及び薄肉板41A及
びインク室側板40Aを貫通するように配されている。
FIG. 12 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG. 13 is a cross-sectional view of the flow path. In this embodiment, the nozzle openings 11 are drilled in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric vibrator, and these nozzle openings 11
A nozzle communication port 22 for communicating the pressure generating chamber 12 with the pressure generating chamber 12 is provided so as to penetrate the sealing plate 20, the common ink chamber forming plate 30, the thin plate 41A, and the ink chamber side plate 40A.

【0072】なお、本実施形態は、その他、薄肉板41
Aとインク室側板40Aとを別部材とし、インク室側板
40に開口40bを形成した以外は、基本的に上述した
実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略する。
In this embodiment, the thin plate 41
A is basically the same as the above-described embodiment except that the ink chamber side plate 40A and the ink chamber side plate 40A are separate members, and the opening is formed in the ink chamber side plate 40. Is omitted.

【0073】ここで、この実施形態においても、上述の
実施形態と同様に、圧電体能動部に対向する領域の振動
板に設けられた厚肉部の幅を、圧電体能動部の幅よりも
広く且つ圧力発生室の幅よりも狭くすることにより、ヘ
ッドの特性及び信頼性を向上することができる。
Here, also in this embodiment, as in the above-described embodiment, the width of the thick portion provided on the diaphragm in the region facing the piezoelectric active portion is made larger than the width of the piezoelectric active portion. By making the width wider and smaller than the width of the pressure generating chamber, the characteristics and reliability of the head can be improved.

【0074】また、以上説明した実施形態は、成膜及び
リソグラフィプロセスを応用することにより製造できる
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、基板を積層
して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシー
トを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を形
成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成するも
の等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発
明を採用することができる。
In the embodiment described above, a thin-film type ink jet recording head which can be manufactured by applying a film forming and lithography process has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. Ink-jet recording of various structures, such as forming a pressure generating chamber by laminating, or forming a piezoelectric film by pasting a green sheet or screen printing, or forming a piezoelectric film by crystal growth The present invention can be adopted for a head.

【0075】また、圧電振動子とリード電極との間に絶
縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例
えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜
を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続した
り、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング
技術を用いて接続したりする構成としてもよい。
Further, the example in which the insulator layer is provided between the piezoelectric vibrator and the lead electrode has been described. However, the present invention is not limited to this. The conductive film may be thermally welded, and the anisotropic conductive film may be connected to the lead electrode, or may be connected using various bonding techniques such as wire bonding.

【0076】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 spirit of the present invention is not contradicted.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電体能動部に対応する部分の振動板に、他の部分よりも
厚さの厚い厚肉部を設け、厚肉部の幅を圧電体能動部の
幅よりも広く且つ圧力発生室の幅よりも狭く形成するこ
とにより、下電極をパターニングする際の圧電体層のダ
メージが抑えられ、且つ振動板の変形量も向上すること
ができる。したがって、ヘッドの特性を実質的に向上す
ることができ、また、信頼性も向上することができると
いう効果を奏する。
As described above, according to the present invention, a thick part thicker than other parts is provided on the diaphragm corresponding to the piezoelectric active part, and the width of the thick part is reduced. By forming the width wider than the width of the piezoelectric active portion and narrower than the width of the pressure generating chamber, damage to the piezoelectric layer when patterning the lower electrode can be suppressed, and the amount of deformation of the diaphragm can be improved. it can. Therefore, there is an effect that the characteristics of the head can be substantially improved and the reliability can be improved.

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

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

【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す図であり、図1の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, showing the same.

【図3】図1の封止板の変形例を示す図である。FIG. 3 is a view showing a modification of the sealing plate of FIG. 1;

【図4】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram illustrating a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図で
ある。
FIG. 6 is a view showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態1を説明する平面図及び断面
図である。
FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view illustrating Embodiment 1 of the present invention.

【図8】本発明の実施形態1の薄膜製造工程を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施形態1の変形例を示す断面図であ
る。
FIG. 9 is a sectional view showing a modification of the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施形態1の変形例を示す断面図で
ある。
FIG. 10 is a sectional view showing a modification of the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施形態1の変形例を示す平面図で
ある。
FIG. 11 is a plan view showing a modification of the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 12 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【図13】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドを示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 流路形成基板 11 ノズル開口 12 圧力発生室 50 弾性膜 60 下電極膜 61 薄膜部 62 厚肉部 70 圧電体膜 80 上電極膜 90 絶縁体層 100 リード電極 110 レジスト 300 圧電振動子 320 圧電体能動部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 11 nozzle opening 12 pressure generating chamber 50 elastic film 60 lower electrode film 61 thin film portion 62 thick portion 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 90 insulator layer 100 lead electrode 110 resist 300 piezoelectric vibrator 320 piezoelectric body Active part

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズル開口に連通する圧力発生室の一部
を構成する弾性膜及び該弾性膜上に設けられた下電極を
含む振動板と、この振動板上に形成された圧電体層と、
該圧電体層の表面に形成された上電極とを備え、前記圧
力発生室に対向する領域に圧電体能動部を形成したイン
クジェット式記録ヘッドにおいて、 前記振動板の少なくとも前記圧力発生室に対向する領域
の少なくとも幅方向両側の周壁に薄膜部が形成されてそ
の内側に厚肉部がパターニングされ、この厚肉部上に前
記圧電体層及び前記上電極からなる圧電体能動部がパタ
ーニングされ、該圧電体能動部の幅が前記厚肉部の幅よ
りも狭いことを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
1. A diaphragm including an elastic film constituting a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, a lower electrode provided on the elastic film, and a piezoelectric layer formed on the diaphragm. ,
An ink jet recording head comprising: an upper electrode formed on the surface of the piezoelectric layer; and a piezoelectric active portion formed in a region facing the pressure generating chamber, wherein the inkjet recording head faces at least the pressure generating chamber of the vibration plate. A thin film portion is formed on at least the peripheral walls on both sides in the width direction of the region, and a thick portion is patterned inside the thin film portion, and a piezoelectric active portion including the piezoelectric layer and the upper electrode is patterned on the thick portion, An ink jet recording head, wherein the width of the piezoelectric active portion is smaller than the width of the thick portion.
【請求項2】 請求項1において、前記厚肉部の幅方向
の一方側の端部と前記圧電体能動部の端部との幅方向の
位置ずれが、2μm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。
2. The device according to claim 1, wherein a displacement in a width direction between one end of the thick portion in the width direction and an end of the piezoelectric active portion is 2 μm or more. Ink jet recording head.
【請求項3】 請求項1又は2において、前記厚肉部の
幅方向の一方側の端部と前記圧電体能動部の端部との幅
方向の位置ずれが、前記圧電体能動部の幅の5〜10%
であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
3. The piezoelectric active part according to claim 1, wherein a displacement in the width direction between one end of the thick part in the width direction and an end of the piezoelectric active part is the width of the piezoelectric active part. 5-10% of
An ink jet recording head, characterized in that:
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記圧
電体能動部の上面には当該圧電体能動部に電圧を印加す
るためのリード電極と前記上電極との接続を行うコンタ
ク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。
4. A contact part for connecting a lead electrode for applying a voltage to said piezoelectric active part and said upper electrode on an upper surface of said piezoelectric active part according to claim 1. An ink jet recording head comprising:
【請求項5】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記圧
電体能動部を構成する前記圧電体層及び前記上電極は、
前記圧力発生室の長手方向の少なくとも一端部からその
周壁上まで延設されていることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッド。
5. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric active part are:
An ink jet recording head extending from at least one end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber to a peripheral wall thereof.
【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、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、前記圧電振動子の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。
6. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric vibrator is formed by film formation and lithography. An ink jet recording head, characterized in that:
【請求項7】 圧力発生室を形成する基板の一方面に設
けられた弾性膜上に下電極層、圧電体層及び上電極層を
順次積層して各層をパターニングすることにより前記圧
力発生室に対向する領域に前記圧電体層及び前記上電極
からなる圧電体能動部を形成するインクジェット式記録
ヘッドの製造方法において、 前記上電極及び前記圧電体層を前記圧力発生室の幅より
小さい幅でパターニングして前記圧電体能動部を形成す
る第1の工程と、前記圧電体能動部の幅方向外側の前記
下電極の厚さ方向の少なくとも一部をパターニング除去
して薄膜部を形成してその内側に前記圧電体能動部より
は幅広く且つ前記圧力発生室よりは幅狭の厚肉部を形成
する第2の工程とを有することを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドの製造方法。
7. The pressure generating chamber is formed by sequentially laminating a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer on an elastic film provided on one surface of a substrate forming the pressure generating chamber and patterning each layer. In a method of manufacturing an ink jet recording head in which a piezoelectric active portion including the piezoelectric layer and the upper electrode is formed in an opposed region, the upper electrode and the piezoelectric layer are patterned with a width smaller than a width of the pressure generating chamber. A first step of forming the piezoelectric body active section, and patterning and removing at least a part of the lower electrode in the thickness direction outside the width direction of the piezoelectric body active section to form a thin film section, Forming a thick portion wider than the piezoelectric active portion and narrower than the pressure generating chamber.
【請求項8】 請求項7において、前記第2の工程で前
記下電極をパターニングする際には、前記圧電体能動部
の幅方向の端面はレジストパターンで保護されているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方
法。
8. The ink-jet method according to claim 7, wherein when patterning the lower electrode in the second step, an end face in a width direction of the piezoelectric active portion is protected by a resist pattern. Method of manufacturing a recording head.
【請求項9】 請求項7又は8において、各層のパター
ニングは、ドライエッチングにより行うことを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
9. The method according to claim 7, wherein patterning of each layer is performed by dry etching.
JP10108193A 1998-04-17 1998-04-17 Ink jet recording head and its production Granted JPH11300961A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10108193A JPH11300961A (en) 1998-04-17 1998-04-17 Ink jet recording head and its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10108193A JPH11300961A (en) 1998-04-17 1998-04-17 Ink jet recording head and its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11300961A true JPH11300961A (en) 1999-11-02

Family

ID=14478377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10108193A Granted JPH11300961A (en) 1998-04-17 1998-04-17 Ink jet recording head and its production

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11300961A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006198996A (en) * 2005-01-24 2006-08-03 Seiko Epson Corp Liquid jetting head, its manufacturing method, and liquid jetting device
JP2008087471A (en) * 2006-09-08 2008-04-17 Canon Inc Liquid discharge head and its manufacturing method
JP2009090563A (en) * 2007-10-10 2009-04-30 Ricoh Co Ltd Liquid droplet discharge head, its manufacturing method, and image formation apparatus
US7661801B2 (en) 2000-02-18 2010-02-16 Fuji Photo Film Co., Ltd. Printer including an ink-jet recording head

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7661801B2 (en) 2000-02-18 2010-02-16 Fuji Photo Film Co., Ltd. Printer including an ink-jet recording head
JP2006198996A (en) * 2005-01-24 2006-08-03 Seiko Epson Corp Liquid jetting head, its manufacturing method, and liquid jetting device
JP4614068B2 (en) * 2005-01-24 2011-01-19 セイコーエプソン株式会社 Liquid ejecting head, manufacturing method thereof, and liquid ejecting apparatus
JP2008087471A (en) * 2006-09-08 2008-04-17 Canon Inc Liquid discharge head and its manufacturing method
JP2009090563A (en) * 2007-10-10 2009-04-30 Ricoh Co Ltd Liquid droplet discharge head, its manufacturing method, and image formation apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2000246888A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP3725390B2 (en) Inkjet recording head and inkjet recording apparatus
JPH11300971A (en) Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP3387380B2 (en) Ink jet recording head
JP3551748B2 (en) Ink jet recording head
JP2000263785A (en) Actuator apparatus and its manufacture and ink jet type recording head and ink jet type recording apparatus
JP3695507B2 (en) Method for manufacturing ink jet recording head
JP2000141644A (en) Ink jet recording head and ink jet recorded
JPH11309864A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JPH11300961A (en) Ink jet recording head and its production
JPH11291495A (en) Ink jet recording head and manufacture thereof
JPH11151815A (en) Ink-jet type recording head and ink-jet type recording apparatus
JPH11157070A (en) Ink jet recording head
JPH11138809A (en) Actuator and ink-jet type recording head
JP3384294B2 (en) Ink jet recording head
JPH11105281A (en) Actuator and ink jet recording head
JP3374900B2 (en) Ink jet recording head
JP3552017B2 (en) Ink jet recording head
JP3603933B2 (en) Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JPH11170505A (en) Ink-jet type recording head
JP2000108347A (en) Ink jet recording head, manufacture thereof and ink jet recorder
JP2000085133A (en) Manufacture of ink jet type recording head
JP2000127382A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP3365486B2 (en) Ink jet recording head, method of manufacturing the same, and ink jet recording apparatus
JP3633811B2 (en) Inkjet recording head and inkjet recording apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080605

Year of fee payment: 10

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080605

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 11

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090605

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090605

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100605

Year of fee payment: 12

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees