JPH1191103A - Ink-jet type recording head, its manufacture, and ink-jet type recording apparatus - Google Patents

Ink-jet type recording head, its manufacture, and ink-jet type recording apparatus

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JPH1191103A
JPH1191103A JP20929098A JP20929098A JPH1191103A JP H1191103 A JPH1191103 A JP H1191103A JP 20929098 A JP20929098 A JP 20929098A JP 20929098 A JP20929098 A JP 20929098A JP H1191103 A JPH1191103 A JP H1191103A
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layer
pressure generating
piezoelectric
lower electrode
generating chamber
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Yoshinao Miyata
佳直 宮田
Mari Sakai
真理 酒井
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    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14419Manifold

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink-jet type recording head and its manufacture whereby the head can be formed with a minimum of patterning, increased in shift amount and discharge speed and lowered in driving voltage. SOLUTION: This ink-jet type recording head has a piezoelectric actuator including a piezoelectric element 300 comprising a lower electrode 60, a piezoelectric body layer 70 and an upper electrode 80. The piezoelectric body layer 70 and upper electrode 80 are formed for every area confronting to a pressure generation chamber 12 not to exceed the area excluding at least a pair of thin arm parts 70a, 80a extending to the outside the area confronting to the pressure generation chamber 12. In the lower electrode 60, an area part confronting to each pressure generation chamber 12 and a wiring pattern part connecting the area parts are continuously formed. Moreover, a part of the lower electrode within the confronting area part where a piezoelectric element 300 is not formed is removed except at least between the pair of thin arm parts 70a and 80a. The confronting area part and the wiring pattern part connecting the area parts continue between the pair of the thin arm parts 70a and 80a.

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振動板で構
成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素
子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記
録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a part of a pressure generating chamber which communicates with a nozzle opening for discharging ink droplets, which is constituted by a vibrating plate. The present invention relates to an ink jet recording head for ejecting ink droplets by displacement, a method for manufacturing the same, and an ink jet recording apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータ使用したものの2
種類が実用化されている。
2. Description of the Related Art A part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibrating plate, and the vibrating plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generating chamber to pass through the nozzle opening. An ink jet recording head for ejecting ink droplets uses a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and a flexural vibration mode piezoelectric actuator.
The types have been put to practical use.

【0003】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
In the former method, the volume of the pressure generating chamber can be changed by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the diaphragm, so that a head suitable for high-density printing can be manufactured. There is a problem in that a difficult process of cutting into a comb shape in accordance with the arrangement pitch of the openings and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are required, and the manufacturing process is complicated.

【0004】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。
On the other hand, in the latter, a piezoelectric element can be formed on a diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of a pressure generating chamber and firing the green sheet. In addition, there is a problem that a certain area is required due to the use of flexural vibration, and that high-density arrangement is difficult.

【0005】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平5−286131号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。
On the other hand, in order to solve the latter disadvantage of the recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-286131. A proposal has been made in which the piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chambers by a lithography method, and a piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber.

【0006】これによれば圧電素子を振動板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能
になるという利点がある。なお、この場合、圧電材料層
は振動板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
に対応する圧電アクチュエータを駆動することができる
が、単位駆動電圧当たりの変位量および圧力発生室に対
向する部分とその外部とを跨ぐ部分で圧電体層へかかる
応力の問題から、圧電体層および上電極からなる圧電体
能動部は圧力発生室外に出ないように形成するのが望ま
しい。
[0006] According to this, the operation of attaching the piezoelectric element to the diaphragm becomes unnecessary, and not only can the piezoelectric element be manufactured by a precise and simple method such as lithography, but also the thickness of the piezoelectric element can be reduced. There is an advantage that it can be made thin and can be driven at high speed. In this case, the piezoelectric actuator corresponding to each pressure generating chamber can be driven by providing at least the upper electrode only for each pressure generating chamber while the piezoelectric material layer is provided on the entire surface of the vibration plate. Due to the problem of the amount of displacement per unit drive voltage and the stress applied to the piezoelectric layer at the part facing the pressure generating chamber and the part that crosses the outside, the piezoelectric active part consisting of the piezoelectric layer and the upper electrode is located outside the pressure generating chamber. It is desirable to form it so that it does not come out.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】一般に圧電体薄膜の圧
電定数は厚膜の場合と比較して2分の1から3分の1し
かないので、有効なインクの吐出量を得るのが困難であ
る。
In general, the piezoelectric constant of a piezoelectric thin film is only one-half to one-third that of a thick thin film, so that it is difficult to obtain an effective ink discharge amount. is there.

【0008】そこで、圧電アクチュエータの駆動による
変位量を大きくするためには振動板として作用する下電
極を薄くしてコンプライアンスを大きくするのが望まし
いが、逆に付加できる加圧力が小さくなってしまうとい
う問題がある。
Therefore, in order to increase the amount of displacement caused by driving the piezoelectric actuator, it is desirable to increase the compliance by reducing the thickness of the lower electrode acting as a vibration plate. There's a problem.

【0009】一方、下電極も最低限圧電体能動部に対応
する部分のみを残してパターニングするとコンプライア
ンスを適切に維持しながら変位量を大きくすることがで
きるが、共通電極として機能するための配線がとれなく
なり、また、両者を実現しようとすると、パターニング
の工程が増えてコスト高となるという問題がある。
On the other hand, if the lower electrode is patterned while leaving at least a portion corresponding to the piezoelectric active portion, the displacement can be increased while maintaining proper compliance, but the wiring for functioning as a common electrode is not sufficient. In addition, there is a problem that if both are to be realized, the number of patterning steps is increased and the cost is increased.

【0010】本発明はこのような事情に鑑み、最低限の
パターニングで形成でき、且つ変位量を増大し、吐出速
度増大、駆動電圧低下を図ることができるインクジェッ
ト式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット
式記録装置を提供することを課題とする。
In view of such circumstances, the present invention provides an ink jet recording head which can be formed with minimum patterning, increases displacement, increases discharge speed and lowers drive voltage, a method of manufacturing the same, and an ink jet recording head. It is an object to provide an expression recording device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前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と、前記圧力発生室に対応する領
域の前記弾性膜上に設けられ且つ下電極、圧電体層及び
上電極を含む圧電素子とを備えたインクジェット式記録
ヘッドにおいて、前記圧電素子を構成する前記圧電体層
及び前記上電極は、前記圧力発生室に対向する領域毎に
且つ当該圧力発生室に対向する領域外まで延設される少
なくとも一対の細腕部以外は当該領域外に及ぶことなく
形成され、前記下電極は、前記各圧力発生室に対向する
対向領域部とこれらの領域の部分を互いに接続する配線
パターン部とが連続的に形成され、且つ前記対向領域部
内で前記圧電素子を構成する前記圧電体層が形成されて
いない部分の少なくとも前記一対の細腕部の間以外は除
去され、当該一対の細腕部の間で前記対向領域部と前記
配線パターン部とが連続していることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドにある。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, an elastic film forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and a region corresponding to the pressure generating chamber are provided. In an ink jet recording head provided on the elastic film and provided with a lower electrode, a piezoelectric layer, and a piezoelectric element including an upper electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric element are configured such that the pressure generation Each region facing the chamber and other than at least a pair of narrow arms extending to the outside of the region facing the pressure generating chamber are formed without extending outside the region, and the lower electrode is formed in each of the pressure generating chambers. Opposing region portions and wiring pattern portions connecting these region portions to each other are formed continuously, and a small number of portions in the facing region portion where the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is not formed are formed. With other between the pair of Hosoude portion is removed, in an ink jet recording head, characterized in that said wiring pattern portion and the opposing area portion between the pair of Hosoude portions are continuous.

【0012】かかる第1の態様では、圧力発生室に対向
する圧電素子のパターンは、少なくとも一対の細腕部以
外は圧力発生室に対向する領域外に及んでおらず、下電
極は圧力発生室の縁部に対向する領域ではほとんど除去
されているので、変位量が大きく向上する。また、駆動
により応力が発生する圧電素子の細腕部は幅が小さいの
でクラック等が発生し難く、発生しても本体にまで影響
が及ぶことがない。
In the first aspect, the pattern of the piezoelectric element facing the pressure generating chamber does not extend outside the region facing the pressure generating chamber except for at least a pair of narrow arms, and the lower electrode is formed of the pressure generating chamber. Since most of the area facing the edge is removed, the displacement is greatly improved. In addition, since the narrow arm portion of the piezoelectric element, in which stress is generated by driving, has a small width, it is difficult for cracks or the like to occur, and even if it occurs, it does not affect the main body.

【0013】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記圧力発生室の周縁部で前記下電極が除去された
部分に対向する領域の前記圧力発生室側とは反対の外縁
部外側には、当該外縁部に沿って前記圧電体層及び前記
上電極からなる細帯状の層が前記圧電素子の前記細腕部
とは連続することなしに形成されていることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, an outer edge portion of a region of the peripheral portion of the pressure generating chamber opposite to the portion from which the lower electrode has been removed is opposite to the pressure generating chamber side. On the outside, a narrow band-like layer composed of the piezoelectric layer and the upper electrode is formed along the outer edge without being continuous with the narrow arm of the piezoelectric element. In the recording head.

【0014】かかる第2の態様では、圧力発生室の周縁
部近傍の下電極除去部と圧電素子の圧電体層及び上電極
をパターニングする際に、下電極除去部の外側の細帯状
の層と圧力発生室内の圧電素子とを切断し、駆動電圧の
無駄を省くものであり、これらのパターニングを、例え
ば、二酸化シリコン膜を保護しつつ二回の工程で行う場
合に発生する。
In the second aspect, when the lower electrode removing portion near the peripheral portion of the pressure generating chamber and the piezoelectric layer of the piezoelectric element and the upper electrode are patterned, a strip-like layer outside the lower electrode removing portion is used. It cuts off the piezoelectric element in the pressure generating chamber and eliminates waste of the driving voltage. This patterning occurs, for example, when two steps are performed while protecting the silicon dioxide film.

【0015】本発明の第3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と、前記圧力発
生室に対応する領域の前記弾性膜上に設けられ且つ下電
極、圧電体層及び上電極を含む圧電素子とを備えたイン
クジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電素子を構成
する前記圧電体層及び前記上電極は、前記圧力発生室に
対向する領域毎に且つ当該圧力発生室に対向する領域外
まで延設される少なくとも一対の細腕部以外は当該領域
外に及ぶことなく形成され、前記下電極は、前記各圧力
発生室に対向する対向領域部とこれらの領域の部分を互
いに接続する配線パターン部とが連続的に形成され、且
つ前記対向領域部内で前記圧電素子を構成する前記圧電
体層が形成されていない部分の少なくとも前記一対の細
腕部の間以外は除去され、当該一対の細腕部の間で前記
対向領域部と前記配線パターン部とが連続しており、前
記下電極の前記配線パターン部の外縁部上に当該外縁部
に沿って前記圧電体層及び前記上電極からなる細帯状の
層が形成されていることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドにある。
According to a third aspect of the present invention, an elastic film forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, a lower electrode provided on the elastic film in a region corresponding to the pressure generating chamber, In an ink jet recording head including a piezoelectric layer and a piezoelectric element including an upper electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric element are arranged in each of the regions facing the pressure generating chamber and the pressure generation is performed. The lower electrode is formed so as not to extend outside the region except for at least a pair of narrow arms extending to the outside of the region facing the chamber, and the lower electrode includes a facing region facing the pressure generating chamber and a portion of these regions. And a wiring pattern portion that connects them to each other is continuously formed, and except for at least a portion of the facing region where the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is not formed, except between at least the pair of thin arms. The opposed region portion and the wiring pattern portion are continuous between the pair of thin arm portions, and the piezoelectric layer and the piezoelectric layer along the outer edge portion on the outer edge portion of the wiring pattern portion of the lower electrode. An ink jet recording head is characterized in that a strip-shaped layer comprising the upper electrode is formed.

【0016】かかる第3の態様では、圧力発生室に対向
する圧電素子のパターンは、少なくとも一対の細腕部以
外は圧力発生室に対向する領域外に及んでおらず、下電
極は圧力発生室の縁部に対向する領域ではほとんど除去
されているので、変位量が大きく向上する。また、駆動
により応力が発生する圧電素子の細腕部は幅が小さいの
でクラック等が発生し難く、発生しても本体にまで影響
が及ぶことがない。さらに、下電極の全体パターンから
不要な圧電体層及び上電極を除去する際に、例えば、二
酸化シリコン膜を保護しつつ二回のパターニングで行お
うとすると、細帯状の層が発生する。
In the third aspect, the pattern of the piezoelectric element facing the pressure generating chamber does not extend outside the area facing the pressure generating chamber except for at least a pair of narrow arms, and the lower electrode is formed of the pressure generating chamber. Since most of the area facing the edge is removed, the displacement is greatly improved. In addition, since the narrow arm portion of the piezoelectric element, in which stress is generated by driving, has a small width, it is difficult for cracks or the like to occur, and even if it occurs, it does not affect the main body. Further, when removing unnecessary piezoelectric layers and upper electrodes from the entire pattern of the lower electrode, for example, if the patterning is performed twice while protecting the silicon dioxide film, a strip-shaped layer is generated.

【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、前記圧電素子を構成する前記圧電体層
及び前記上電極の前記一対の細腕部は、当該圧電素子の
長手方向の少なくとも一端部から前記長手方向とは交差
する幅方向両側に延びて前記圧力発生室に対向する領域
外に及んで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 fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element and the pair of narrow arms of the upper electrode are formed in a longitudinal direction of the piezoelectric element. An ink jet recording head extending from at least one end in the width direction to both sides in the width direction intersecting the longitudinal direction and extending outside a region facing the pressure generating chamber.

【0018】かかる第4の態様では、圧電素子の長手方
向の一端部に一対の細腕部を設け、この間で下電極の全
体パターンへの接続を取ったものであり、変位量を大き
くすると共に圧電素子への応力による不都合を極力低減
したものである。
In the fourth aspect, a pair of narrow arms are provided at one end in the longitudinal direction of the piezoelectric element, and the lower electrode is connected to the entire pattern between the arms. The inconvenience due to stress on the element is minimized.

【0019】本発明の第5の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記圧電素子を構成する前記圧電体層
及び前記上電極の前記一対の細腕部は、当該圧電素子の
長手方向とは交差する幅方向の一方側に間隔を置いて配
置されて外方向に延びて前記圧力発生室に対向する領域
外に及んで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 constituting the piezoelectric element and the pair of narrow arms of the upper electrode are formed in a longitudinal direction of the piezoelectric element. An ink jet recording head is characterized in that the ink jet recording head is arranged at one side in the width direction crossing the direction and is extended outward and extends outside a region facing the pressure generating chamber.

【0020】かかる第5の態様では、圧電素子の幅方向
一方側に一対の細腕部を設け、この間で下電極の全体パ
ターンへの接続を取ったものであり、変位量を大きくす
ると共に圧電素子への応力による不都合を極力低減した
ものである。
In the fifth aspect, a pair of narrow arms is provided on one side in the width direction of the piezoelectric element, and the lower electrode is connected to the entire pattern between the narrow arms. This is to minimize inconvenience due to stress on the substrate.

【0021】本発明の第6の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記圧電素子を構成する前記圧電体層
及び前記上電極の前記一対の細腕部は、当該圧電素子の
隅部を挟んで配置されて互いに略直交する方向に延びて
前記圧力発生室に対向する領域外に及んでいることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element and the pair of narrow arms of the upper electrode are provided at a corner of the piezoelectric element. An ink jet recording head is characterized in that the ink jet recording head is arranged so as to sandwich the portion, extends in a direction substantially orthogonal to each other, and extends outside a region facing the pressure generating chamber.

【0022】かかる第6の態様では、圧電素子の隅部に
一対の細腕部を設け、この間で下電極の全体パターンへ
の接続を取ったものであり、変位量を大きくすると共に
圧電素子への応力による不都合を極力低減したものであ
る。
In the sixth aspect, a pair of narrow arms are provided at the corners of the piezoelectric element, and the lower electrode is connected to the entire pattern between the thin arms. The inconvenience caused by stress is reduced as much as possible.

【0023】本発明の第7の態様は、第1〜6の何れか
の態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板
に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各
層が薄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 seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the pressure generating chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed of a thin film and a lithographic element. An ink jet recording head characterized by being formed by a method.

【0024】かかる第7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 seventh aspect, an ink jet recording head having high-density nozzle openings can be manufactured in a large amount and relatively easily.

【0025】本発明の第8の態様は、第1〜7の何れか
の態様において、前記上電極の上面には絶縁体層が形成
され、該絶縁体層にはリード電極と前記上電極とのコン
タクト部を形成するための窓であるコンタクトホール部
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 an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, an insulator layer is formed on an upper surface of the upper electrode, and a lead electrode and the upper electrode are formed on the insulator layer. An ink jet type recording head having a contact hole portion which is a window for forming the contact portion.

【0026】かかる第8の態様では、各圧電素子とリー
ド電極とはコンタクトホール部を介して接続される。
In the eighth aspect, each piezoelectric element and the lead electrode are connected through the contact hole.

【0027】本発明の第9の態様は、第1〜8の何れか
の態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを
特徴とするインクジェット式記録装置にある。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to eighth aspects.

【0028】かかる第9の態様では、ヘッドの駆動効率
が向上され、インク吐出を良好に行うことができるイン
クジェット式記録装置を実現することができる。
According to the ninth aspect, it is possible to realize an ink jet recording apparatus in which the driving efficiency of the head is improved and the ink can be discharged satisfactorily.

【0029】本発明の第10の態様は、基板上に第1層
を形成した後、さらに、第2層以降の複数層を順次形成
する第1の工程と、前記第1層上の前記複数層の全てを
同時にパターニングして、前記第1層上の前記第2層の
全体パターンと、当該全体パターン内にあって前記第2
層まで除去される除去部分とを形成する第2の工程と、
前記除去部分及びこれら除去部分で略囲まれた部分を略
覆うレジストパターンを用いて当該除去部分で略囲まれ
た部分とその他の部分との境界の少なくとも一ヶ所で前
記第2層のみが連続し且つ第3層以降が実質的に連続し
ないように前記第3層以降を除去して当該除去部分で囲
まれた部分の前記第3層以降のパターンが前記第2層が
連続する部分と前記除去部分とで実質的に囲まれている
ようにパターニングする第3の工程とを有することを特
徴とするパターニング方法にある。
According to a tenth aspect of the present invention, a first step of forming a first layer on a substrate and then sequentially forming a plurality of second and subsequent layers is provided. Patterning all of the layers simultaneously to form an entire pattern of the second layer on the first layer and the second pattern in the entire pattern;
A second step of forming a removed portion to be removed to the layer;
Using the resist pattern that substantially covers the removed portion and the portion substantially surrounded by the removed portion, only the second layer is continuous at at least one location on the boundary between the portion substantially surrounded by the removed portion and another portion. The third and subsequent layers are removed so that the third and subsequent layers are not substantially continuous, and the pattern of the third and subsequent layers in the portion surrounded by the removed portion is the same as the portion where the second layer is continuous. And a third step of performing patterning so as to be substantially surrounded by the portion.

【0030】かかる第10の態様では、第1層上に形成
された第2層の全体パターンと、この全体パターン内に
形成された第2層の除去部分と、この除去部分に少なく
とも一ヶ所を除いて囲まれた部分に形成された第2層を
含む複数層のパターンとを有し、前記除去部分に一ヶ所
を除いて囲まれた部分と前記全体パターンとが前記少な
くとも一ヶ所の部分で第2層のみが連続しているパター
ンを、二種類のレジストパターンを用いて二工程で形成
することができる。また、二種類のレジストパターンと
して、前記除去部分及びこれら除去部分で略囲まれた部
分を略覆うレジストパターンを用いることにより、除去
部分の二酸化シリコン膜を保護することができ、且つ第
3層目以降の複数層の除去部分に囲まれた部分と他の部
分との連続を最小限に絶つことができる。
In the tenth aspect, the entire pattern of the second layer formed on the first layer, the removed portion of the second layer formed in the entire pattern, and at least one portion in the removed portion are provided. A plurality of layers including a second layer formed in a part surrounded and excluded, and the part surrounded by the removed part except for one part and the entire pattern are the at least one part. A pattern in which only the second layer is continuous can be formed in two steps using two types of resist patterns. Further, by using a resist pattern that substantially covers the removed portion and a portion substantially surrounded by the removed portion as the two types of resist patterns, the silicon dioxide film at the removed portion can be protected, and the third layer can be protected. It is possible to minimize the continuity between the portion surrounded by the removed portions of the subsequent plural layers and other portions.

【0031】本発明の第11の態様は、流路形成基板上
に弾性膜、下電極、圧電体層及び上電極をこの順に順次
形成する第1の工程と、前記下電極、前記圧電体層及び
前記上電極を同時にパターニングし、前記下電極の全体
の配線パターンと、当該配線パターン内にあって下電極
まで除去される除去部分とを形成する第2の工程と、前
記除去部分で略囲まれた部分とその他の部分との境界の
少なくとも一ヶ所で前記下電極のみが連続し且つ前記圧
電体層及び前記上電極が実質的に連続しないように当該
圧電体層及び前記上電極を除去して当該除去部分で略囲
まれた部分の前記圧電体層及び前記上電極のパターンが
前記下電極が連続する部分と前記除去部分とで実質的に
囲まれているようにパターニングする第3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 an eleventh aspect of the present invention, there is provided a first step of sequentially forming an elastic film, a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode on a flow path forming substrate in this order, the lower electrode and the piezoelectric layer. And a second step of simultaneously patterning the upper electrode to form an entire wiring pattern of the lower electrode and a removed portion in the wiring pattern that is removed to the lower electrode, and is substantially surrounded by the removed portion. The piezoelectric layer and the upper electrode are removed so that only the lower electrode is continuous and the piezoelectric layer and the upper electrode are not substantially continuous at at least one location on the boundary between the separated portion and the other portion. A third step of patterning the pattern of the piezoelectric layer and the upper electrode in a portion substantially surrounded by the removed portion so as to be substantially surrounded by the portion where the lower electrode is continuous and the removed portion. Characterized by having That in the manufacturing method of the ink jet recording head.

【0032】かかる第11の態様では、弾性膜上に形成
された下電極の全体パターンと、この全体パターン内に
形成された下電極の除去部分と、この除去部分に少なく
とも一ヶ所を除いて囲まれた部分に形成された下電極、
圧電体層及び上電極のパターンとを有し、前記除去部分
に一ヶ所を除いて囲まれた部分と前記全体パターンとが
前記少なくとも一ヶ所の部分で下電極のみが連続してい
るパターンを、二種類のレジストパターンを用いて二工
程で形成することができる。
In the eleventh aspect, the entire pattern of the lower electrode formed on the elastic film, the removed portion of the lower electrode formed in the entire pattern, and the removed portion are surrounded except for at least one portion. Lower electrode formed on the part
A pattern having a piezoelectric layer and a pattern of an upper electrode, and a pattern in which only the lower electrode is continuous at a portion surrounded by the removed portion except for one portion and the entire pattern is at least one portion, It can be formed in two steps using two types of resist patterns.

【0033】本発明の第12の態様は、第11の態様に
おいて、前記第3の工程で前記除去部分で略囲まれた部
分とその他の部分を略覆うレジストパターンを用いて前
記除去部分で露出する前記振動膜を保護することを特徴
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 twelfth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, the exposed portion is exposed at the removed portion by using a resist pattern substantially covering the portion substantially surrounded by the removed portion and other portions in the third step. A method for manufacturing an ink jet recording head, wherein the vibration film is protected.

【0034】かかる第12の態様では、第3工程におい
て、弾性膜が露出した部分の保護を図ることができる。
In the twelfth aspect, in the third step, the portion where the elastic film is exposed can be protected.

【0035】本発明の第13の態様は、第11又は12
の態様において、前記第3の工程で前記除去部分で略囲
まれた部分のパターンを形成するレジストパターン形状
が、当該除去部分で略囲まれた部分と除去部分と当該除
去部分の前記略囲まれた部分とは反対側の端部を覆い且
つ当該反対側の端部と前記略囲まれた部分との前記圧電
体層及び前記上電極の連続を切断するために前記除去部
分の一部を覆わない部分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。
A thirteenth aspect of the present invention is directed to the eleventh or twelfth aspect.
In the aspect, in the third step, a resist pattern shape for forming a pattern of a portion substantially surrounded by the removed portion includes a portion substantially surrounded by the removed portion, a removed portion, and the substantially enclosed portion of the removed portion. And cover a part of the removed portion to cut a continuation of the piezoelectric layer and the upper electrode between the opposite end and the substantially enclosed portion. The present invention provides a method for manufacturing an ink jet type recording head, characterized by having a portion which does not have a portion.

【0036】かかる第13の態様では、圧力発生室に対
向する領域内に、下電極、圧電体層及び上電極がそれぞ
れパターニングされ、圧電体層及び上電極はその他の部
分までは連続して設けられておらず、且つ下電極のみが
その他の部分と少なくとも一ヶ所で連続して前記配線パ
ターンと連続しているパターンを二工程のパターニング
で形成できる。
In the thirteenth aspect, the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode are each patterned in the region facing the pressure generating chamber, and the piezoelectric layer and the upper electrode are provided continuously to other portions. It is possible to form a pattern in which only the lower electrode is continuous with the wiring pattern at least at one place with the other part by two-step patterning.

【0037】本発明の第14の態様は、第11〜13の
何れかの態様において、前記除去部分に略囲まれた部分
が圧力発生室に対向する領域であり、当該圧力発生室に
対向する領域内に、前記下電極、前記圧電体層及び前記
上電極がそれぞれパターニングされ、前記圧電体層及び
前記上電極は前記その他の部分までは連続して設けられ
ておらず、且つ前記下電極のみが前記その他の部分と少
なくとも一ヶ所で連続して前記配線パターンと接続され
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 a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the first to thirteenth aspects, a portion substantially surrounded by the removed portion is a region facing the pressure generating chamber, and faces the pressure generating chamber. In the region, the lower electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode are each patterned, and the piezoelectric layer and the upper electrode are not provided continuously to the other portions, and only the lower electrode is provided. Is connected to the wiring pattern at least at one location continuously with the other portions.

【0038】かかる第14の態様では、除去部分の前記
略囲まれた部分とは反対側の端部に圧電体層及び上電極
の細長い帯状部を形成し、且つこの部分の圧電体層及び
上電極と、除去部分に略囲まれた部分の圧電体層及び上
電極との連続を切断し、また、弾性膜の保護を最大限図
る。
[0038] In the fourteenth aspect, an elongated strip-shaped portion of the piezoelectric layer and the upper electrode is formed at the end of the removed portion opposite to the substantially enclosed portion, and the piezoelectric layer and the upper portion of this portion are removed. The continuity between the electrode and the portion of the piezoelectric layer and the upper electrode substantially surrounded by the removed portion is cut, and the protection of the elastic film is maximized.

【0039】[0039]

【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.

【0040】(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 cross-sectional structure of one of the pressure generating chambers in the longitudinal direction. FIG.

【0041】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 (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.

【0042】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 having a thickness of 1 to 2 μm and made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation.

【0043】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 silicon single crystal substrate is anisotropically etched on the opening surface of the flow path forming substrate
A nozzle opening 11 and a pressure generating chamber 12 are formed.

【0044】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 a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the substrate is gradually eroded, and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is formed. A second (1) which forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane.
11) plane, and the etching rate of the (111) plane is about 1/1 compared to the etching rate of the (110) plane.
This is performed using the property of being 80.
By such anisotropic etching, two first (11
Precision processing can be performed based on depth processing of a parallelogram formed by the 1) plane and two oblique second (111) planes, and the pressure generating chambers 12 can be arranged at high density. it can.

【0045】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.

【0046】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.

【0047】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.

【0048】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

【0049】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 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.

【0050】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 according to 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.

【0051】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 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.

【0052】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、圧電素子30
0を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極
膜60、圧電体膜70、及び上電極膜80を含む部分を
いう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極
を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜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は圧電素子300の共通電極と
し、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としてい
るが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障は
ない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体
能動部が形成されていることになる。また、ここでは、
圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位
が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称す
る。
On the other hand, a thickness of, for example, 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.
0. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80. Generally, one of the electrodes of the piezoelectric element 300 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 element 300 and the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Also, here
The combination of the piezoelectric element 300 and the vibration plate whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 is referred to as a piezoelectric actuator.

【0053】本実施形態では、詳細を後述するように、
圧力発生室12毎に圧電体膜70及び上電極膜80を形
成し、且つ圧力発生室12の幅方向両側の圧電アクチュ
エータの腕部分の下電極膜60を除去し、変位量を大き
くしているが、これらのパターニングに工夫をして二回
のパターニング工程で形成できるようにしている。これ
に伴い、各圧力発生室12に対向する圧電体膜70及び
上電極膜80の長手方向両端部には圧力発生室12に対
向する領域から外に延びる細腕部70a及び80aがそ
れぞれ形成され、これら両端部において、下電極膜60
の各圧力発生室12に対応する部分と全体パターンとの
接続を図っている。
In this embodiment, as will be described in detail later,
The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are formed for each pressure generating chamber 12, and the lower electrode film 60 of the arm portion of the piezoelectric actuator on both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12 is removed to increase the displacement. However, these patterns are devised so that they can be formed in two patterning steps. Along with this, narrow arms 70a and 80a extending outward from the region facing the pressure generating chamber 12 are formed at both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 facing each pressure generating chamber 12, respectively. At both ends, the lower electrode film 60
The connection between the portion corresponding to each pressure generating chamber 12 and the entire pattern is achieved.

【0054】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及び図5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 FIGS.

【0055】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 wafer of a silicon single crystal substrate 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.

【0056】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
グ法やゾル−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600〜10
00℃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 described later, which is formed by a sputtering method or a sol-gel method,
After film formation, 600 to 10 in an air atmosphere or an oxygen atmosphere
This is because it is necessary to perform crystallization by firing at a temperature of about 00 ° 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.

【0057】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
リング法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 a sputtering method, but in the present embodiment, a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried, gelled, and further baked at a high temperature. A so-called sol-gel method for obtaining a piezoelectric film 70 made of a metal 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.

【0058】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.

【0059】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.
The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned.

【0060】まず、図5(a)に示すようなレジストパ
ターン210を形成した後、下電極膜60、圧電体膜7
0及び上電極膜80を一緒にエッチングし、図5(b)
に示すように、下電極膜60の全体パターンと下電極膜
除去部310をパターニングする。
First, after forming a resist pattern 210 as shown in FIG. 5A, the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 7 are formed.
0 and the upper electrode film 80 are etched together, and FIG.
As shown in (1), the entire pattern of the lower electrode film 60 and the lower electrode film removal part 310 are patterned.

【0061】ここで、レジストパターン210は、例え
ば、ネガレジストHR−100(富士ハント社製)をス
ピンコートなどにより塗布し、所定形状のマスクを用い
て露光・現像・ベークを行うことにより形成する。な
お、勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用い
てもよい。
Here, the resist pattern 210 is formed, for example, by applying a negative resist HR-100 (manufactured by Fuji Hunt) by spin coating or the like, and performing exposure, development and baking using a mask having a predetermined shape. . Of course, a positive resist may be used instead of the negative resist.

【0062】また、エッチングは、ドライエッチング装
置、例えば、イオンミリング装置を用いて弾性膜50が
露出するまで行う。なお、レジストパターン210は、
アッシング装置等を用いて除去する。
The etching is performed using a dry etching apparatus, for example, an ion milling apparatus, until the elastic film 50 is exposed. In addition, the resist pattern 210
It is removed using an ashing device or the like.

【0063】ドライエッチング法としては、イオンミリ
ング法以外に、反応性エッチング法等を用いてもよい。
また、ドライエッチングの代わりにウェットエッチング
を用いることも可能であるが、ドライエッチング法と比
較してパターニング精度が多少劣り、上電極膜80の材
料も制限されるので、ドライエッチングを用いるのが好
ましい。
As the dry etching method, a reactive etching method or the like may be used other than the ion milling method.
It is also possible to use wet etching instead of dry etching, but it is preferable to use dry etching because patterning accuracy is somewhat inferior to dry etching and the material of the upper electrode film 80 is limited. .

【0064】下電極膜除去部310は、各圧力発生室1
2(図5では圧力発生室12は形成前であるが、破線で
示す)に対向した領域に設けられる圧電体能動部320
の両側の振動板の腕に相当する部分であり、この部分の
下電極膜60を除去することにより、圧電体能動部32
0への電圧印加による変位量の向上を図るものである。
The lower electrode film removing section 310 is provided in each of the pressure generating chambers 1.
2 (in FIG. 5, before the pressure generating chamber 12 is formed, but indicated by a broken line), the piezoelectric active portion 320
The lower electrode film 60 is removed to remove the lower electrode film 60.
The purpose is to improve the amount of displacement by applying a voltage to zero.

【0065】次に、図5(c)に示すように、下電極の
全体パターン以外の部分で弾性膜50が露出した部分
と、圧力発生室12に対向する領域及び下電極膜除去部
310の部分を覆うレジストパターン220を用いて、
圧電体膜70及び上電極膜80のみをエッチングし、図
5(d)に示すように、圧電体能動部320のパターニ
ングを行って、圧力発生室12に対向する領域以外との
膜の連続を遮断する。なお、ここでのレジストパターン
220の形成及びエッチングは上述した工程と同様に行
うことができる。
Next, as shown in FIG. 5C, a portion where the elastic film 50 is exposed in a portion other than the entire lower electrode pattern, a region facing the pressure generating chamber 12 and the lower electrode film removing portion 310. Using the resist pattern 220 covering the part,
Only the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched, and the piezoelectric active portion 320 is patterned as shown in FIG. Cut off. Note that the formation and etching of the resist pattern 220 can be performed in the same manner as in the above-described steps.

【0066】この工程で用いるレジストパターン220
の要部拡大を図5(e)に示す。ここで、レジストパタ
ーン220は、下電極膜除去部310に挟まれた領域で
ある圧電体能動部320と下電極膜除去部310とは基
本的に覆うが、圧電体能動部320の両側の下電極膜除
去部310の外側で、長手方向両端の隅部311を覆わ
ないように、且つ圧電体能動部320が下電極膜除去部
310の長手方向両端部外側まで延設されるように形成
されている。
The resist pattern 220 used in this step
5 (e) shows an enlarged main part of FIG. Here, the resist pattern 220 basically covers the piezoelectric active portion 320 and the lower electrode film removed portion 310 in a region sandwiched by the lower electrode film removed portion 310, but covers the lower side of the piezoelectric active portion 320. Outside the electrode film removing section 310, the piezoelectric active section 320 is formed so as not to cover the corners 311 at both ends in the longitudinal direction, and to extend to the outside of both longitudinal ends of the lower electrode film removing section 310. ing.

【0067】このようにして形成された圧電体能動部3
20の概略形状を図6に示す。圧電体能動部320の長
手方向両端部は幅広となって細腕部321となり、両側
に延びた形状となっている。この細腕部321を構成す
る圧電体膜70及び上電極膜80は圧力発生室12の外
まで延びているが、これ以外の圧電体能動部320を構
成する圧電体膜70及び上電極膜80は圧力発生室12
の外まで及んではいない。そして、この細腕部321の
間となる圧力発生室12の両端部において、下電極膜6
0が圧力発生室12の外部まで延びて全体のパターンと
連続している。これにより、各圧力発生室12に対応す
る圧電体能動部320を駆動する電圧を印加するのに必
要な配線が形成できる。
The piezoelectric active portion 3 thus formed
FIG. 6 shows a schematic shape of No. 20. Both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric body active portion 320 are widened to form a thin arm portion 321 and have a shape extending to both sides. The piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 constituting the thin arm portion 321 extend to the outside of the pressure generating chamber 12, but the other piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 constituting the piezoelectric active portion 320 are Pressure generating chamber 12
It does not extend outside. The lower electrode film 6 is formed at both ends of the pressure generating chamber 12 between the narrow arms 321.
0 extends to the outside of the pressure generating chamber 12 and is continuous with the entire pattern. Thereby, wiring required for applying a voltage for driving the piezoelectric active section 320 corresponding to each pressure generating chamber 12 can be formed.

【0068】また、圧力発生室12の外まで延設されて
いるのは圧電体能動部320の細腕部321であるの
で、駆動によりクラック等が発生し難く、万が一発生し
ても他の部分までクラックが圧電体能動部320の本体
まで及ぶことがない。
The thin arm portion 321 of the piezoelectric active portion 320 extends to the outside of the pressure generating chamber 12, so that it is difficult for cracks or the like to be generated by driving. The crack does not extend to the main body of the piezoelectric active portion 320.

【0069】一方、この圧電体能動部320のパターニ
ングの際に、下電極膜除去部310には弾性膜50が露
出しているので、好ましくはエッチングから保護する必
要がある。したがって、下電極膜除去部310の幅方向
外側までレジストパターン220で覆うようにしている
ので、下電極膜除去部310の幅方向両側には、圧電体
膜70及び上電極膜80からなる細帯部330が残る
が、圧電体能動部320と細帯部330とは、下電極膜
除去部310の隅部311の部分で分離され、圧電体能
動部320の駆動の際の効率低下を防止している。
On the other hand, when the piezoelectric active portion 320 is patterned, since the elastic film 50 is exposed in the lower electrode film removing portion 310, it is necessary to protect the elastic film 50 preferably from etching. Therefore, since the resist pattern 220 covers the lower electrode film removing portion 310 in the width direction outside, the narrow band composed of the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 is provided on both sides of the lower electrode film removing portion 310 in the width direction. Although the portion 330 remains, the piezoelectric active portion 320 and the narrow band portion 330 are separated from each other at the corner 311 of the lower electrode film removing portion 310 to prevent a reduction in efficiency when the piezoelectric active portion 320 is driven. ing.

【0070】また、圧電体能動部320以外の圧電体膜
70及び上電極膜80を基本的に除去するようにしてい
るが、下電極膜60の全体パターン以外の部分には弾性
膜50が露出しているので、同様にこの部分をエッチン
グから保護するため、レジストパターン220は、下電
極膜60の全体パターンの外周縁部を覆うように形成し
ている。したがって、図7(a)に示すように、下電極
膜全体パターン340の外周縁部には、圧電体膜70及
び上電極膜80からなる細帯部350が形成される。な
お、この細帯部350上の上電極膜80は除去してもよ
い。
Although the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 other than the piezoelectric active portion 320 are basically removed, the elastic film 50 is exposed in a portion other than the entire pattern of the lower electrode film 60. Similarly, in order to protect this portion from etching, the resist pattern 220 is formed so as to cover the outer peripheral portion of the entire pattern of the lower electrode film 60. Therefore, as shown in FIG. 7A, a narrow band portion 350 including the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 is formed on the outer peripheral portion of the entire lower electrode film pattern 340. Note that the upper electrode film 80 on the narrow band portion 350 may be removed.

【0071】また、細帯部330と圧電体能動部320
の細腕部321とは切断されていなくてもよく、図7
(b)に示すように、下電極膜除去部310の周囲を圧
電体能動部320及び細帯部330で取り囲むようにし
てもよい。なお、この場合には、駆動の際の効率低下を
考慮して細帯部330上の上電極膜80を除去するよう
にしてもよい。
Further, the narrow band portion 330 and the piezoelectric active portion 320
7 need not be cut off from the thin arm portion 321 of FIG.
As shown in (b), the periphery of the lower electrode film removing section 310 may be surrounded by the piezoelectric active section 320 and the narrow band section 330. In this case, the upper electrode film 80 on the narrow band 330 may be removed in consideration of a reduction in efficiency during driving.

【0072】以上説明したように、まず、下電極膜60
の全体のパターンと下電極膜除去部310とを同時にパ
ターニングし、その後、下電極膜除去部310及び圧力
発生室12に対向する領域を覆うレジストパターンを用
いてパターニングすることにより、二工程でパターニン
グが完了する。
As described above, first, the lower electrode film 60
Is patterned in two steps by simultaneously patterning the entire pattern of the lower electrode film removing portion 310 and the lower electrode film removing portion 310 and a resist pattern covering a region facing the pressure generating chamber 12. Is completed.

【0073】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1参
照)。ここで、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。
As described above, after patterning the lower electrode film 60 and the like, it is preferable to provide electrical insulation so as to cover at least the periphery of the upper surface of each upper electrode film 80 and the side surfaces of the piezoelectric film 70. An insulator layer 90 is formed (see FIG. 1). Here, the insulator layer 90 is made of a material that can be formed by a film forming method or shaped by etching, for example, silicon oxide, silicon nitride, an organic material, preferably a photosensitive polyimide having low rigidity and excellent electrical insulation. It is preferred to form with.

【0074】そして、絶縁体層90の各圧電体能動部3
20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。
Then, each piezoelectric active portion 3 of the insulator layer 90
A contact hole 90a that exposes a part of the upper electrode film 80 for connecting to a lead electrode 100 described later is formed in a part of the part that covers the upper surface of the part corresponding to one end of 20. 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. The lead electrode 100 is formed so as to be as narrow as possible so as to reliably supply a drive signal to the upper electrode film 80.

【0075】このような絶縁体層の形成プロセスを図8
に示す。
FIG. 8 shows a process of forming such an insulator layer.
Shown in

【0076】まず、図8(a)に示すように、上電極膜
80の周縁部、圧電体膜70の側面及び下電極膜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90の好適な材料は上述した通りであるが、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. 8A, 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 side surfaces of the lower electrode film 60. Suitable materials for the insulator layer 90 are as described above, but in the present embodiment, a negative photosensitive polyimide is used.

【0077】次に、図8(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
のインク供給側の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。このコンタクトホール90a
は、後述するリード電極100と上電極膜80との接続
をするためのものである。なお、コンタクトホール90
aは、圧力発生室12の他の部分、例えば、中央部やノ
ズル側端部に設けてもよい。
Next, as shown in FIG. 8B, by patterning the insulator layer 90, each of the pressure generating chambers 12 is formed.
A contact hole 90a is formed in a portion corresponding to the vicinity of the end on the ink supply side. This contact hole 90a
Is for connecting a lead electrode 100 and an upper electrode film 80 described later. The contact hole 90
“a” may be provided at another part of the pressure generating chamber 12, for example, at the center or the end on the nozzle side.

【0078】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, for example, a lead electrode 100 is formed by depositing a conductor such as Cr-Au on the entire surface and then patterning it.

【0079】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8(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. 8C, 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.

【0080】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 an 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.

【0081】(実施形態2)図9には、本発明の実施形
態2に係るインクジェット式記録ヘッドの圧電体能動部
及び圧力発生室の形状を示す。
(Embodiment 2) FIG. 9 shows the shapes of a piezoelectric active portion and a pressure generating chamber of an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention.

【0082】本実施形態は、圧電体能動部320の一端
部のみに細腕部321Aを有し、圧電体能動部320の
細腕部321Aの間以外の部分にはコ字状の下電極膜除
去部310Aが形成されている点が実施形態1と異な
る。この実施形態では、圧力発生室12に対向する領域
の下電極膜60と全体配線パターンの下電極膜60と
は、細腕部321Aの間だけで連続している。なお、下
電極膜除去部310Aの外側には、コ字状の細帯部33
0Aが圧電体能動部320とは分離されて形成されてい
る。
In this embodiment, the piezoelectric active portion 320 has a narrow arm portion 321A only at one end, and the U-shaped lower electrode film removing portion is provided at a portion other than between the narrow arm portions 321A of the piezoelectric active portion 320. This embodiment differs from the first embodiment in that 310A is formed. In this embodiment, the lower electrode film 60 in a region facing the pressure generating chamber 12 and the lower electrode film 60 of the entire wiring pattern are continuous only between the narrow arms 321A. The U-shaped narrow band portion 33 is provided outside the lower electrode film removing portion 310A.
0A is formed separately from the piezoelectric active portion 320.

【0083】本実施形態のインクジェット式記録ヘッド
の製造は実施形態1と同様なプロセスで行うことがで
き、また、作用効果も実施形態1と同様である。
The manufacture of the ink jet recording head of this embodiment can be performed by the same process as that of the first embodiment, and the operation and effect are the same as those of the first embodiment.

【0084】(実施形態3)図10には、本発明の実施
形態3に係るインクジェット式記録ヘッドの圧電体能動
部及び圧力発生室の形状を示す。
(Embodiment 3) FIG. 10 shows the shapes of a piezoelectric active portion and a pressure generating chamber of an ink jet recording head according to Embodiment 3 of the present invention.

【0085】本実施形態は、圧電体能動部320の細腕
部321Bを圧力発生室12の幅方向の一方側に設けた
以外は実施形態2と同様であり、圧電体能動部320の
細腕部321Bの間以外の部分には下電極膜除去部31
0Bが形成されている。この実施形態でも、圧力発生室
12に対向する領域の下電極膜60と全体配線パターン
の下電極膜60とは、細腕部321Bの間だけで連続し
ている。なお、下電極膜除去部310Bの外側には、細
帯部330Bが圧電体能動部320とは分離されて形成
されている。
This embodiment is the same as Embodiment 2 except that the narrow arm 321B of the piezoelectric active section 320 is provided on one side in the width direction of the pressure generating chamber 12, and the narrow arm 321B of the piezoelectric active section 320 is provided. The lower electrode film removing portion 31
0B is formed. Also in this embodiment, the lower electrode film 60 facing the pressure generating chamber 12 and the lower electrode film 60 of the entire wiring pattern are continuous only between the narrow arms 321B. Note that a narrow band portion 330B is formed outside the lower electrode film removing portion 310B separately from the piezoelectric active portion 320.

【0086】本実施形態のインクジェット式記録ヘッド
の製造は実施形態1と同様なプロセスで行うことがで
き、また、作用効果も実施形態1と同様である。なお、
本実施形態では、圧電体能動部320の細腕部321B
を変形の比較的大きな圧力発生室12の横側に設けた
が、細腕部321Bの幅が小さいので応力によってクラ
ック等が入り難く、且つ仮にクラックが発生しても圧電
体能動部320の本体まで影響を与える虞はない。
The manufacture of the ink jet recording head of this embodiment can be performed by the same process as that of the first embodiment, and the operation and effect are the same as those of the first embodiment. In addition,
In the present embodiment, the thin arm portion 321B of the piezoelectric body active portion 320 is used.
Is provided on the side of the pressure generating chamber 12 where the deformation is relatively large. However, since the width of the narrow arm portion 321B is small, cracks and the like hardly occur due to stress. There is no danger of affecting.

【0087】(実施形態4)図11には、本発明の実施
形態4に係るインクジェット式記録ヘッドの圧電体能動
部及び圧力発生室の形状を示す。
(Embodiment 4) FIG. 11 shows the shapes of a piezoelectric active portion and a pressure generating chamber of an ink jet recording head according to Embodiment 4 of the present invention.

【0088】本実施形態は、圧電体能動部320の細腕
部321Cを圧力発生室12の一隅部に設けた以外は実
施形態2と同様であり、圧電体能動部320の細腕部3
21Cの間以外の部分には下電極膜除去部310Cが形
成されている。この実施形態でも、圧力発生室12に対
向する領域の下電極膜60と全体配線パターンの下電極
膜60とは、細腕部321Bの間だけで連続している。
なお、下電極膜除去部310Cの外側には、細帯部33
0Cが圧電体能動部320とは分離されて形成されてい
る。
The present embodiment is the same as the second embodiment except that the narrow arm 321C of the piezoelectric active section 320 is provided at one corner of the pressure generating chamber 12, and the thin arm 3 of the piezoelectric active section 320 is provided.
The lower electrode film removed portion 310C is formed in a portion other than the portion between 21C. Also in this embodiment, the lower electrode film 60 facing the pressure generating chamber 12 and the lower electrode film 60 of the entire wiring pattern are continuous only between the narrow arms 321B.
Note that the narrow band portion 33 is provided outside the lower electrode film removal portion 310C.
OC is formed separately from the piezoelectric active portion 320.

【0089】本実施形態のインクジェット式記録ヘッド
の製造は実施形態1と同様なプロセスで行うことがで
き、また、作用効果も実施形態1と同様である。なお、
本実施形態では、圧電体能動部320の細腕部321C
を変形量の一番少ない隅部に設けたので、細腕部321
Cにかかる応力が軽減され、さらにクラック等の発生の
虞が低減する。
The manufacture of the ink jet recording head of this embodiment can be performed by the same process as that of the first embodiment, and the operation and effect are the same as those of the first embodiment. In addition,
In this embodiment, the thin arm portion 321C of the piezoelectric body active portion 320 is used.
Is provided at the corner with the least amount of deformation,
The stress applied to C is reduced, and the possibility of occurrence of cracks and the like is reduced.

【0090】(他の実施形態)以上、本発明の各実施形
態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的
構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other Embodiments) The embodiments of the present invention have been described above, but the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to the above.

【0091】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.

【0092】また、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。
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 may be formed to project in a direction perpendicular to the surface.

【0093】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が圧電素子とは反対の
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 thereof. In this embodiment, the nozzle opening 11 is formed in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric element, and the nozzle communication port 22 that connects the nozzle opening 11 and the pressure generating chamber 12 is formed with the sealing plate 20 and the common ink chamber. It is arranged so as to penetrate the forming plate 30, the thin plate 41A, and the ink chamber side plate 40A.

【0094】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。
The present embodiment is different from the first embodiment in that
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.

【0095】また、以上説明した各実施形態は、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 each of the embodiments described above, a thin film type ink jet recording head which can be manufactured by applying a film forming and lithography process is described as an example.
Of course, the present invention is not limited to this. For example, a piezoelectric film is formed by laminating substrates to form a pressure generating chamber, or a piezoelectric film is formed by attaching a green sheet or by screen printing, or a piezoelectric film formed by crystal growth. The present invention can be applied to ink jet recording heads having various structures, such as those that form a recording medium.

【0096】さらに、上述の実施形態では、圧電素子と
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, in the above embodiment, the example in which the insulator layer is provided between the piezoelectric element and the lead electrode has been described.
The present invention is not limited to this. For example, without providing an insulator layer, an anisotropic conductive film is thermally welded to each upper electrode, and this anisotropic conductive film is connected to a lead electrode. The connection may be made using various bonding techniques.

【0097】このように、本発明は、その趣旨に反しな
い限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。
As described above, the present invention can be applied to ink-jet recording heads having various structures, as long as the gist of the present invention is not contradicted.

【0098】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図14
は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図
である。
The ink jet recording head of each of the embodiments constitutes a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus. FIG.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

【0099】図14に示すように、インクジェット式記
録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、
インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが
着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び
1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付け
られたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。
As shown in FIG. 14, recording head units 1A and 1B having an ink jet recording head are
Cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are provided detachably, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction. I have. The recording head units 1A and 1B are, for example,
Each of them ejects a black ink composition and a color ink composition.

【0100】そして、駆動モータ6の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリ
ッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及
び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿っ
て移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に
沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ロ
ーラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シ
ートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるように
なっている。
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. Moved. On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
圧電素子の圧力発生室に対向する領域以外に及ぶ部分が
細く形成された一対の細腕部となっており、圧力発生室
に対向する領域の前記圧電素子に対向する部分以外の下
電極膜が最大限除去され、且つ圧力発生室に対向する領
域の下電極膜と全体配線パターンの下電極膜とを細腕部
の間で連続させているので、変形量を最大限に大きくで
きるが、圧電体膜等の破壊等の虞もなく、且つパターニ
ング工程を増やすことなく製造できるという効果を奏す
る。
As described above, in the present invention,
The portion of the piezoelectric element that extends beyond the region facing the pressure generating chamber is a pair of narrow arms formed to be thin, and the lower electrode film in the region facing the pressure generating chamber other than the portion facing the piezoelectric element is the largest. Since the lower electrode film, which is partially removed and faces the pressure generating chamber, and the lower electrode film of the entire wiring pattern are continuous between the narrow arms, the amount of deformation can be maximized. There is an effect that the device can be manufactured without a risk of destruction or the like and without increasing the number of patterning steps.

【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の要部を示す平面図であ
る。
FIG. 6 is a plan view showing a main part of the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施形態1の要部を示す平面図であ
る。
FIG. 7 is a plan view showing a main part of the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態1の絶縁体層及び圧力発生室
の形成工程を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a process of forming an insulator layer and a pressure generating chamber according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施形態2の要部を示す平面図であ
る。
FIG. 9 is a plan view showing a main part of a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施形態3の要部を示す平面図であ
る。
FIG. 10 is a plan view showing a main part of a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施形態4の要部を示す平面図であ
る。
FIG. 11 is a plan view showing a main part of a fourth 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.

【図14】本発明の一実施形態に係るインクジェット式
記録装置の概略を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view schematically showing an ink jet recording apparatus according to an 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 70 圧電体膜 80 上電極膜 90 絶縁体層 90a コンタクトホール 100 リード電極 300 圧電素子 310 下電極膜除去部 320 圧電体能動部 321 細腕部 Reference Signs List 10 flow path forming substrate 11 nozzle opening 12 pressure generating chamber 50 elastic film 60 lower electrode film 70 piezoelectric film 80 upper electrode film 90 insulating layer 90a contact hole 100 lead electrode 300 piezoelectric element 310 lower electrode film removing portion 320 piezoelectric active Part 321 thin arm part

Claims (14)

【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
を構成する弾性膜と、前記圧力発生室に対応する領域の
前記弾性膜上に設けられ且つ下電極、圧電体層及び上電
極を含む圧電素子とを備えたインクジェット式記録ヘッ
ドにおいて、 前記圧電素子を構成する前記圧電体層及び前記上電極
は、前記圧力発生室に対向する領域毎に且つ当該圧力発
生室に対向する領域外まで延設される少なくとも一対の
細腕部以外は当該領域外に及ぶことなく形成され、 前記下電極は、前記各圧力発生室に対向する対向領域部
とこれらの領域の部分を互いに接続する配線パターン部
とが連続的に形成され、且つ前記対向領域部内で前記圧
電素子を構成する前記圧電体層が形成されていない部分
の少なくとも前記一対の細腕部の間以外は除去され、当
該一対の細腕部の間で前記対向領域部と前記配線パター
ン部とが連続していることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
1. An elastic film forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on the elastic film in a region corresponding to the pressure generating chamber. In the ink jet type recording head provided with a piezoelectric element, the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric element are provided for each region facing the pressure generation chamber and to the outside of the region facing the pressure generation chamber. The lower electrode is formed so as not to extend outside the region except at least a pair of narrow arms, and the lower electrode is a wiring pattern portion connecting the opposing region portions facing the pressure generating chambers and the portions of these regions to each other. Are continuously formed, and a portion of the opposing region where the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is not formed is removed except at least between the pair of narrow arms, and the pair of narrow arms are removed. An ink jet recording head, characterized in that said facing region portion and the wiring pattern portion is continuous between parts.
【請求項2】 請求項1において、前記圧力発生室の周
縁部で前記下電極が除去された部分に対向する領域の前
記圧力発生室側とは反対の外縁部外側には、当該外縁部
に沿って前記圧電体層及び前記上電極からなる細帯状の
層が前記圧電素子の前記細腕部とは連続することなしに
形成されていることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッド。
2. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein a peripheral portion of the peripheral portion of the pressure generating chamber opposite to a portion from which the lower electrode is removed has an outer peripheral portion opposite to the pressure generating chamber side. An ink-jet recording head, wherein a narrow band-like layer comprising the piezoelectric layer and the upper electrode is formed along and without being continuous with the narrow arm portion of the piezoelectric element.
【請求項3】 ノズル開口に連通する圧力発生室の一部
を構成する弾性膜と、前記圧力発生室に対応する領域の
前記弾性膜上に設けられ且つ下電極、圧電体層及び上電
極を含む圧電素子とを備えたインクジェット式記録ヘッ
ドにおいて、前記圧電素子を形成する前記圧電体層及び
前記上電極は、前記圧力発生室に対向する領域毎に且つ
当該圧力発生室に対向する領域外まで延設される少なく
とも一対の細腕部以外は当該領域外に及ぶことなく形成
され、 前記下電極は、前記各圧力発生室に対向する対向領域部
とこれらの領域の部分を互いに接続する配線パターン部
とが連続的に形成され、且つ前記対向領域部内で前記圧
電素子を構成する前記圧電体層が形成されていない部分
の少なくとも前記一対の細腕部の間以外は除去され、当
該一対の細腕部の間で前記対向領域部と前記配線パター
ン部とが連続しており、 前記下電極の前記配線パターン部の外縁部上に当該外縁
部に沿って前記圧電体層及び前記上電極からなる細帯状
の層が形成されていることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
3. An elastic film forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on the elastic film in a region corresponding to the pressure generating chamber. In the ink jet type recording head including the piezoelectric element, the piezoelectric layer and the upper electrode forming the piezoelectric element are provided for each area facing the pressure generating chamber and outside the area facing the pressure generating chamber. The lower electrode is formed so as not to extend outside the region except at least a pair of narrow arms, and the lower electrode is a wiring pattern portion connecting the opposing region portions facing the pressure generating chambers and the portions of these regions to each other. Are continuously formed, and a portion of the opposing region where the piezoelectric layer constituting the piezoelectric element is not formed is removed except at least between the pair of narrow arms, and the pair of narrow arms are removed. The opposed region portion and the wiring pattern portion are continuous between the portions, and a thin layer formed of the piezoelectric layer and the upper electrode on the outer edge portion of the wiring pattern portion of the lower electrode along the outer edge portion. An ink jet recording head comprising a band-like layer.
【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記圧
電素子を構成する前記圧電体層及び前記上電極の前記一
対の細腕部は、当該圧電素子の長手方向の少なくとも一
端部から前記長手方向とは交差する幅方向両側に延びて
前記圧力発生室に対向する領域外に及んでいることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッド。
4. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the pair of narrow arms of the piezoelectric layer and the upper electrode forming the piezoelectric element are arranged at least from one end in the longitudinal direction of the piezoelectric element. An ink jet recording head, which extends to both sides in the width direction crossing the direction and extends outside a region facing the pressure generating chamber.
【請求項5】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記圧
電素子を構成する前記圧電体層及び前記上電極の前記一
対の細腕部は、当該圧電素子の長手方向とは交差する幅
方向の一方側に間隔を置いて配置されて外方向に延びて
前記圧力発生室に対向する領域外に及んでいることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッド。
5. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the pair of narrow arms of the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric element are arranged in a width direction crossing a longitudinal direction of the piezoelectric element. An ink jet recording head, which is arranged at one side with an interval, extends outward, and extends outside a region facing the pressure generating chamber.
【請求項6】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記圧
電素子を構成する前記圧電体層及び前記上電極の前記一
対の細腕部は、当該圧電素子の隅部を挟んで配置されて
互いに略直交する方向に延びて前記圧力発生室に対向す
る領域外に及んでいることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。
6. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the pair of narrow arms of the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric element are disposed with a corner of the piezoelectric element interposed therebetween. An ink jet recording head extending in a direction substantially orthogonal to and extending outside a region facing the pressure generating chamber.
【請求項7】 請求項1〜6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、前記圧電素子の各層が薄膜及びリソグラフ
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。
7. 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 element is formed by a thin film and a lithography method. An ink jet recording head, characterized in that:
【請求項8】 請求項1〜7の何れかにおいて、前記上
電極の上面には絶縁体層が形成され、該絶縁体層にはリ
ード電極と前記上電極とのコンタクト部を形成するため
の窓であるコンタクトホール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。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein an insulator layer is formed on an upper surface of the upper electrode, and the insulator layer has a contact portion for forming a contact portion between a lead electrode and the upper electrode. An ink jet recording head having a contact hole portion serving as a window.
【請求項9】 請求項1〜8の何れかのインクジェット
式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェッ
ト式記録装置。
9. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
【請求項10】 基板上に第1層を形成した後、さら
に、第2層以降の複数層を順次形成する第1の工程と、
前記第1層上の前記複数層の全てを同時にパターニング
して、前記第1層上の前記第2層の全体パターンと、当
該全体パターン内にあって前記第2層まで除去される除
去部分とを形成する第2の工程と、前記除去部分及びこ
れら除去部分で略囲まれた部分を略覆うレジストパター
ンを用いて当該除去部分で略囲まれた部分とその他の部
分との境界の少なくとも一ヶ所で前記第2層のみが連続
し且つ第3層以降が実質的に連続しないように前記第3
層以降を除去して当該除去部分で囲まれた部分の前記第
3層以降のパターンが前記第2層が連続する部分と前記
除去部分とで実質的に囲まれているようにパターニング
する第3の工程とを有することを特徴とするパターニン
グ方法。
10. A first step of forming a first layer on a substrate and further forming a plurality of layers subsequent to a second layer,
All of the plurality of layers on the first layer are simultaneously patterned to form an entire pattern of the second layer on the first layer, and a removed portion in the entire pattern and removed to the second layer. A second step of forming at least one portion of a boundary between the portion substantially surrounded by the removed portion and another portion by using a resist pattern substantially covering the removed portion and the portion substantially surrounded by the removed portion. So that only the second layer is continuous and the third and subsequent layers are not substantially continuous.
The third and subsequent layers are removed so that the pattern after the third layer in the portion surrounded by the removed portion is substantially surrounded by the portion where the second layer is continuous and the removed portion. A patterning method comprising the steps of:
【請求項11】 流路形成基板上に弾性膜、下電極、圧
電体層及び上電極をこの順に順次形成する第1の工程
と、前記下電極、前記圧電体層及び前記上電極を同時に
パターニングし、前記下電極の全体の配線パターンと、
当該配線パターン内にあって前記下電極まで除去される
除去部分とを形成する第2の工程と、前記除去部分で略
囲まれた部分とその他の部分との境界の少なくとも一ヶ
所で前記下電極のみが連続し且つ前記圧電体層及び前記
上電極が実質的に連続しないように当該圧電体層及び前
記上電極を除去して当該除去部分で略囲まれた部分の前
記圧電体層及び前記上電極のパターンが前記下電極が連
続する部分と前記除去部分とで実質的に囲まれているよ
うにパターニングする第3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。
11. A first step of sequentially forming an elastic film, a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode on a flow path forming substrate in this order, and simultaneously patterning the lower electrode, the piezoelectric layer and the upper electrode. And the entire wiring pattern of the lower electrode,
A second step of forming a removed portion in the wiring pattern to be removed to the lower electrode; and forming the lower electrode at at least one position on a boundary between a portion substantially surrounded by the removed portion and another portion. Only the piezoelectric layer and the upper electrode are removed so that the piezoelectric layer and the upper electrode are not substantially continuous, and the piezoelectric layer and the upper portion of the portion substantially surrounded by the removed portion are removed. A third step of patterning an electrode pattern such that the electrode pattern is substantially surrounded by a portion where the lower electrode is continuous and the removed portion.
【請求項12】 請求項11において、前記第3の工程
で前記除去部分で略囲まれた部分とその他の部分を略覆
うレジストパターンを用いて前記除去部分で露出する前
記弾性膜を保護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。
12. The method according to claim 11, wherein in the third step, the elastic film exposed at the removed portion is protected by using a resist pattern substantially covering the portion substantially surrounded by the removed portion and other portions. A method for manufacturing an ink jet recording head.
【請求項13】 請求項11又は12において、前記第
3の工程で前記除去部分で略囲まれた部分のパターンを
形成するレジストパターン形状が、当該除去部分で略囲
まれた部分と除去部分と当該除去部分の前記略囲まれた
部分とは反対側の端部を覆い且つ当該反対側の端部と前
記略囲まれた部分との前記圧電体層及び前記上電極の連
続を切断するために前記除去部分の一部を覆わない部分
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。
13. The resist pattern shape according to claim 11, wherein a resist pattern shape for forming a pattern of a portion substantially surrounded by the removed portion in the third step includes a portion substantially surrounded by the removed portion and a removed portion. In order to cover the end of the removed portion opposite to the substantially enclosed portion and to cut off the continuity of the piezoelectric layer and the upper electrode between the opposite end and the substantially enclosed portion. A method for manufacturing an ink jet recording head, comprising a part that does not cover a part of the removed part.
【請求項14】 請求項11〜13の何れかにおいて、
前記除去部分に略囲まれた部分が圧力発生室に対向する
領域であり、当該圧力発生室に対向する領域内に、前記
下電極、前記圧電体層及び前記上電極がそれぞれパター
ニングされ、前記圧電体層及び前記上電極は前記その他
の部分までは連続して設けられておらず、且つ前記下電
極のみが前記その他の部分と少なくとも一ヶ所で連続し
て前記配線パターンと接続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。
14. The method according to claim 11, wherein
A portion substantially surrounded by the removed portion is a region facing the pressure generating chamber, and the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode are patterned in the region facing the pressure generating chamber, The body layer and the upper electrode are not provided continuously up to the other portion, and only the lower electrode is connected to the wiring pattern at least at one location continuously with the other portion. A method for manufacturing an ink jet recording head, which is characterized by the following.
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