JP3379580B2 - Ink jet recording head, method of manufacturing the same, and ink jet recording apparatus - Google Patents
Ink jet recording head, method of manufacturing the same, and ink jet recording apparatusInfo
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Classifications
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッド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 comprises a vibrating plate which constitutes a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets. The present invention relates to an inkjet recording head that ejects ink droplets by a method, a method for manufacturing the same, and an inkjet recording device.
【0002】[0002]
【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
2種類が実用化されている。2. Description of the Related Art A part of a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening for ejecting ink droplets is composed of a vibrating plate, and the vibrating plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize ink in the pressure generating chamber to eject it from the nozzle opening. Two types of inkjet recording heads that eject ink droplets have been put into practical use: one that uses a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of a piezoelectric element, and one that uses a flexural vibration mode piezoelectric actuator. ing.
【0003】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。The former allows the volume of the pressure generating chamber to be changed by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the vibrating plate, and a head suitable for high-density printing can be manufactured. There is a problem in that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the array pitch of the openings and cutting into comb teeth or a work of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are required.
【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, the piezoelectric element can be formed on the vibration plate by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material in conformity with the shape of the pressure generating chamber and firing it. 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、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 eliminate the disadvantage of the latter 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 Laid-Open No. 5-286131. It has been proposed that the piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chamber by a lithographic 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。According to this, the work of attaching the piezoelectric element to the diaphragm becomes unnecessary, and not only the piezoelectric element can be built by a precise and simple method such as a lithography method, but also the thickness of the piezoelectric element can be reduced. It has the advantage that it can be made thin and can be driven at high speed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなインクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室を形
成する基板として、例えば、直径が6〜12インチ程度
の比較的大きなものを用いようとする場合、ハンドリン
グ等の問題により基板の厚さを厚くせざるを得ず、それ
に伴い圧力発生室の深さも深くなってしまう。そのた
め、各圧力発生室を区画する隔壁の厚さを厚くしない
と、十分な剛性が得られず、クロストークが発生し、所
望の吐出特性が得られない等という問題がある。また、
隔壁の厚さを厚くすると、高い配列密度でノズルを並べ
られないため、高解像度の印字品質を達成できないとい
う問題がある。However, in such an ink jet recording head, when a relatively large substrate having a diameter of about 6 to 12 inches is used as the substrate for forming the pressure generating chamber, Due to a problem such as handling, the thickness of the substrate has to be increased, and the depth of the pressure generating chamber is accordingly increased. Therefore, unless the thickness of the partition that divides each pressure generating chamber is increased, sufficient rigidity cannot be obtained, crosstalk occurs, and desired ejection characteristics cannot be obtained. Also,
If the thickness of the partition wall is increased, the nozzles cannot be arranged at a high arrangement density, so that there is a problem that high resolution printing quality cannot be achieved.
【0008】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、部品点数が多く組立工程が煩雑となり、製造
効率が低くコストが高くなってしまうという問題があ
る。さらに、部品の組立には高い位置精度が要求される
が、多くの部品が接着層を介して接合しているため位置
精度が低く、歩留まりが悪いという問題もある。Further, in such an ink jet recording head, there are problems that the number of parts is large, the assembling process is complicated, the manufacturing efficiency is low, and the cost is high. Further, although high positional accuracy is required for assembling the parts, there are also problems that the positional accuracy is low and the yield is poor because many parts are bonded via an adhesive layer.
【0009】本発明は、このような事情に鑑み、クロス
トークを防止できると共に高精度に形成でき、且つ製造
工程を簡略化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 the above circumstances, the present invention provides an ink jet recording head capable of preventing crosstalk, forming with high precision, and simplifying the manufacturing process, a method of manufacturing the same, and an ink jet recording apparatus. Is an issue.
【0010】[0010]
【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が
複数の隔壁によって画成される流路形成基板と、前記圧
力発生室の一部を構成する振動板を介して前記圧力発生
室に対応する領域に設けられて前記圧力発生室内に圧力
変化を生じさせる圧電素子とを具備するインクジェット
式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板が少なくとも
ボロンドープポリシリコン層の両面に単結晶シリコンか
らなるシリコン層を有する基板であり、前記圧力発生室
が一方のシリコン層及び前記ボロンドープポリシリコン
層に形成されると共に当該圧力発生室の他方面が他方の
シリコン層で構成され、前記圧力発生室に連通するイン
ク導入口が前記他方のシリコン層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 first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is defined by a plurality of partition walls, and the pressure generating chamber. An ink jet recording head, comprising: a piezoelectric element that is provided in a region corresponding to the pressure generating chamber via a vibration plate that forms a part of the pressure generating chamber and that causes a pressure change in the pressure generating chamber. Is a substrate having a silicon layer made of single crystal silicon on at least both surfaces of the boron-doped polysilicon layer, the pressure generating chamber is formed in one silicon layer and the boron-doped polysilicon layer An ink introducing port communicating with the pressure generating chamber is formed in the other silicon layer on the one side. In the jet type recording head.
【0011】かかる第1の態様では、圧力発生室が流路
形成基板を貫通することなく形成されるため、圧力発生
室を区画する隔壁の剛性が向上すると共にクロストーク
が抑えられる。In the first aspect, since the pressure generating chamber is formed without penetrating the flow path forming substrate, the rigidity of the partition wall partitioning the pressure generating chamber is improved and crosstalk is suppressed.
【0012】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記他方のシリコン層の前記ボロンドープポリシリ
コン層側の前記圧力発生室に対向する領域に、ボロンが
ドーピング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, the region of the other silicon layer facing the pressure generating chamber on the side of the boron-doped polysilicon layer is doped with boron. It is a characteristic inkjet recording head.
【0013】かかる第2の態様では、他方のシリコン層
にエッチングの選択性を持たせることができ、圧力発生
室を容易に形成することができる。In the second aspect, the other silicon layer can be made to have etching selectivity, and the pressure generating chamber can be easily formed.
【0014】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記シリコン層が、面方位(100)の単結
晶シリコンからなることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドにある。A third aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the first or second aspect, characterized in that the silicon layer is made of single crystal silicon having a plane orientation (100).
【0015】かかる第3の態様では、圧力発生室をエッ
チングによって比較的容易且つ高精度に形成することが
できる。In the third aspect, the pressure generating chamber can be formed relatively easily and highly accurately by etching.
【0016】本発明の第4の態様は、第1又は2の態様
において、前記シリコン層の何れか一方が、面方位(1
00)の単結晶シリコンからなり、他方のシリコン層が
面方位(110)の単結晶シリコンからなることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドにある。According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first and second aspects, one of the silicon layers has a plane orientation (1
00) single crystal silicon, and the other silicon layer is made of single crystal silicon having a plane orientation (110).
【0017】かかる第4の態様では、圧力発生室をエッ
チングによって比較的容易且つ高精度に形成することが
できる。In the fourth aspect, the pressure generating chamber can be formed relatively easily and highly accurately by etching.
【0018】本発明の第5の態様は、第1又は2の態様
において、前記シリコン層が、面方位(110)の単結
晶シリコンからなることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドにある。A fifth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the first or second aspect, characterized in that the silicon layer is made of single crystal silicon having a plane orientation (110).
【0019】かかる第5の態様では、圧力発生室をエッ
チングによって比較的容易且つ高精度に形成することが
できる。In the fifth aspect, the pressure generating chamber can be formed relatively easily and highly accurately by etching.
【0020】本発明の第6の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記ボロンドープポリシリコン層の膜
厚が0.1〜3.0μmの範囲に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。An inkjet printer according to the sixth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, the thickness of the boron-doped polysilicon layer is in the range of 0.1 to 3.0 μm. On the recording head.
【0021】かかる第6の態様では、ボロンドープポリ
シリコン層を比較的容易且つ確実に、所定の領域に形成
することができる。In the sixth aspect, the boron-doped polysilicon layer can be formed in a predetermined region relatively easily and reliably.
【0022】本発明の第7の態様は、第1〜6の何れか
の態様において、前記一方のシリコン層には、前記イン
ク導入口が連通する連通部と、該連通部と前記圧力発生
室とを連通するインク供給路とがさらに設けられている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。In a seventh aspect of the present invention according to any one of the first to sixth aspects, the one silicon layer has a communicating portion through which the ink introducing port communicates, and the communicating portion and the pressure generating chamber. And an ink supply path communicating with the ink-jet recording head.
【0023】かかる第7の態様では、インクがインク導
入口から連通部及びインク供給路を介して圧力発生室に
供給される。In the seventh aspect, ink is supplied from the ink introduction port to the pressure generating chamber via the communication section and the ink supply passage.
【0024】本発明の第8の態様は、第7の態様におい
て、前記インク連通路が、前記一方のシリコン層の前記
ボロンドープポリシリコン層側に設けられていることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。An eighth aspect of the present invention is the ink-jet recording according to the seventh aspect, characterized in that the ink communication passage is provided on the boron-doped polysilicon layer side of the one silicon layer. On the head.
【0025】かかる第8の態様では、流路抵抗が低下す
るため、圧力発生室にインクがより確実に供給される。In the eighth aspect, since the flow path resistance is reduced, the ink is more reliably supplied to the pressure generating chamber.
【0026】本発明の第9の態様は、第7又は8の態様
において、前記連通部が、前記圧力発生室の並設方向に
亘って設けられて前記圧力発生室にインクを供給するリ
ザーバの少なくとも一部を構成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。A ninth aspect of the present invention is the reservoir of the seventh or eighth aspect, wherein the communicating portion is provided in a direction in which the pressure generating chambers are arranged in parallel and supplies ink to the pressure generating chambers. The inkjet recording head is characterized by forming at least a part thereof.
【0027】かかる第9の態様では、連通部を含むリザ
ーバから各圧力発生室にインクが供給される。In the ninth aspect, ink is supplied to each pressure generating chamber from the reservoir including the communicating portion.
【0028】本発明の第10の態様は、第1〜9の何れ
かの態様において、前記インク導入口が、前記圧力発生
室の並設方向に亘って設けられて前記圧力発生室にイン
クを供給するリザーバの少なくとも一部を構成すること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。In a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the ink introducing port is provided in a direction in which the pressure generating chambers are arranged side by side, and ink is supplied to the pressure generating chambers. An inkjet recording head is characterized in that it constitutes at least a part of a supply reservoir.
【0029】かかる第10の態様では、インク導入口を
含むリザーバから各圧力発生室にインクが供給される。In the tenth aspect, ink is supplied to each pressure generating chamber from the reservoir including the ink inlet.
【0030】本発明の第11の態様は、第3又は4の態
様において、前記圧力発生室の幅方向側面が前記圧電素
子側ほど幅狭となるように傾斜する傾斜面となっている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。According to an eleventh aspect of the present invention, in the third or fourth aspect, the side surface in the width direction of the pressure generating chamber is an inclined surface which is inclined so that the width becomes narrower toward the piezoelectric element side. It is a characteristic inkjet recording head.
【0031】かかる第11の態様では、圧力発生室の底
面と幅方向側面との角度が鈍角となり、圧力発生室内の
流路抵抗が抑えられる。In the eleventh aspect, the angle between the bottom surface of the pressure generating chamber and the side surface in the width direction is an obtuse angle, and the flow path resistance in the pressure generating chamber is suppressed.
【0032】本発明の第12の態様は、第1〜11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。In a twelfth aspect of the present invention according to any one of the first to eleventh aspects, the pressure generating chamber is formed in a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed and formed. The inkjet recording head is characterized by being formed by a lithography method.
【0033】かかる第12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 twelfth aspect, it is possible to manufacture a large number of ink jet recording heads having high density nozzle openings and relatively easily.
【0034】本発明の第13の態様は、第1〜12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。A thirteenth aspect of the present invention is an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to twelfth aspects.
【0035】かかる第13の態様では、ヘッドのインク
吐出性能を向上すると共に高密度化したインクジェット
式記録装置を実現することができる。In the thirteenth aspect, it is possible to realize an ink jet type recording apparatus which improves the ink ejection performance of the head and has a high density.
【0036】本発明の第14の態様は、流路形成基板に
圧力発生室を形成すると共に、前記流路形成基板の一方
面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極から
なる圧電素子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、前記圧力発生室が形成される領域以
外にボロンをドーピングすることによりエッチングの選
択性を持たせたポリシリコン層の両面にシリコン単結晶
基板からなるシリコン層を有する前記流路形成基板を形
成する工程と、前記流路形成基板の一方のシリコン層側
に振動板を介して前記下電極、圧電体層及び上電極を順
次積層及びパターニングして前記圧電素子を形成する工
程と、前記流路形成基板の他方のシリコン層を前記ポリ
シリコン層に達するまでエッチングしてインク導入口を
形成し、該インク導入口を介して前記圧力発生室となる
領域の前記ポリシリコン層をパターニングすると共に当
該ポリシリコン層をマスクとして前記一方のシリコン層
をエッチングして前記圧力発生室を形成する工程とを有
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 fourteenth aspect of the present invention, a pressure generating chamber is formed in the flow path forming substrate, and a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode are formed on one side of the flow path forming substrate via a vibration plate. In the method for manufacturing an ink jet recording head for forming a piezoelectric element, a silicon single crystal substrate is provided on both surfaces of a polysilicon layer having etching selectivity by doping with boron other than the region where the pressure generating chamber is formed. A step of forming the flow channel forming substrate having a silicon layer made of, and sequentially stacking and patterning the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode on one silicon layer side of the flow channel forming substrate via a vibration plate. And forming the piezoelectric element, and etching the other silicon layer of the flow path forming substrate until it reaches the polysilicon layer to form an ink inlet, Patterning the polysilicon layer in a region to be the pressure generating chamber via an inlet, and etching the one silicon layer using the polysilicon layer as a mask to form the pressure generating chamber. And a method for manufacturing an ink jet recording head.
【0037】かかる第14の態様では、インク導入口を
介して流路形成基板を選択的にエッチングして、圧力発
生室を比較的容易に形成することができる。また、流路
形成基板の圧電素子とは反対側の面からエッチングして
圧力発生室等を形成できるため、圧電体層の保護性が向
上すると共に作業効率が向上する。In the fourteenth aspect, the flow path forming substrate can be selectively etched through the ink introduction port to form the pressure generating chamber relatively easily. Further, since the pressure generating chamber and the like can be formed by etching from the surface of the flow path forming substrate on the side opposite to the piezoelectric element, the protection of the piezoelectric layer is improved and the work efficiency is improved.
【0038】本発明の第15の態様は、第14の態様に
おいて、前記流路形成基板を形成する工程では、前記他
方のシリコン層の前記ポリシリコン層との接合面側で、
少なくとも前記圧力発生室に対向する領域の表層にボロ
ンをドーピングする工程を含む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 fifteenth aspect of the present invention, in the step of forming the flow path forming substrate according to the fourteenth aspect, a bonding surface side of the other silicon layer with the polysilicon layer is formed.
A method of manufacturing an ink jet recording head, comprising a step of doping boron at least in a surface layer of a region facing the pressure generating chamber.
【0039】かかる第15の態様では、インク導入口を
介して一方のシリコン層をエッチングする際に、他方の
シリコン層がエッチングされることがなく、圧力発生室
を比較的容易に形成することができる。In the fifteenth aspect, when one silicon layer is etched through the ink inlet, the other silicon layer is not etched and the pressure generating chamber can be formed relatively easily. it can.
【0040】[0040]
【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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below based on embodiments.
【0041】(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、インクジェット式記録ヘッドの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。(First Embodiment) FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal direction of one pressure generating chamber of the ink jet recording head. It is a figure which shows a cross-section.
【0042】図示するように、流路形成基板10は、ポ
リシリコン層18と、このポリシリコン層18の両面に
設けられた第1及び第2のシリコン層12A,12Bと
からなる。As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 comprises a polysilicon layer 18 and first and second silicon layers 12A and 12B provided on both surfaces of the polysilicon layer 18.
【0043】この流路形成基板10を構成する一方のシ
リコン層、本実施形態では第1のシリコン層12Aに
は、例えば、異方性エッチングすることにより複数の隔
壁13により区画された圧力発生室14が幅方向に並設
されている。また、各圧力発生室14の長手方向一端部
には、各圧力発生室14の共通のインク室となるリザー
バ15が形成され、各圧力発生室14の長手方向一端部
とそれぞれインク供給路16を介して連通している。な
お、インク供給路16は、圧力発生室14のインクの流
出入を制御するためのものであり、本実施形態では、圧
力発生室14よりも狭い幅で且つ浅く形成されている。In one of the silicon layers forming the flow path forming substrate 10, that is, the first silicon layer 12A in the present embodiment, for example, a pressure generating chamber partitioned by a plurality of partition walls 13 by anisotropic etching. 14 are juxtaposed in the width direction. Further, a reservoir 15 serving as a common ink chamber of each pressure generating chamber 14 is formed at one longitudinal end of each pressure generating chamber 14, and one longitudinal end of each pressure generating chamber 14 and an ink supply path 16 are formed. Communicate with each other. The ink supply passage 16 is for controlling the inflow and outflow of the ink in the pressure generation chamber 14, and is formed to be narrower and shallower than the pressure generation chamber 14 in the present embodiment.
【0044】また、他方のシリコン層、本実施形態で
は、第2のシリコン層12Bには、この第2のシリコン
層12Bを厚さ方向に貫通して、圧力発生室14に連通
するリザーバ15にインクを導入するためのインク導入
口17が形成されている。また、ポリシリコン層18と
の接合面側の圧力発生室14、リザーバ15及びインク
供給路16に対向する領域で、且つインク導入口17が
連通される部分を除く領域には、ボロンがドーピングさ
れたボロンドープシリコン層12aが形成されている。The other silicon layer, in the present embodiment, the second silicon layer 12B is connected to the reservoir 15 communicating with the pressure generating chamber 14 by penetrating the second silicon layer 12B in the thickness direction. An ink introduction port 17 for introducing ink is formed. Further, boron is doped in a region facing the pressure generating chamber 14, the reservoir 15 and the ink supply passage 16 on the side of the surface to be joined to the polysilicon layer 18 and except for a portion where the ink inlet 17 is communicated. A boron-doped silicon layer 12a is formed.
【0045】なお、このインク導入口17は、リザーバ
15の一部を構成するようにしてもよい。また、本実施
形態では、インク導入口17はリザーバ15に連通して
いるが、これに限定されず、例えば、第2のシリコン層
12Bにリザーバ15を設けずに、インク導入口17を
圧力発生室14に直接連通するようにして、インク導入
口17がリザーバを兼ねるようにしてもよい。The ink inlet 17 may form a part of the reservoir 15. Further, in the present embodiment, the ink introduction port 17 communicates with the reservoir 15, but the present invention is not limited to this. For example, the reservoir 15 is not provided in the second silicon layer 12B, and pressure is generated in the ink introduction port 17. The ink introduction port 17 may also serve as a reservoir by directly communicating with the chamber 14.
【0046】このような流路形成基板10を構成する第
1及び第2のシリコン層12A,12Bは、本実施形態
では、それぞれ面方位(100)のシリコン単結晶基板
からなる。このため、圧力発生室14の幅方向側面14
aが、圧電素子300側ほど幅狭となるように傾斜する
傾斜面となっており、圧力発生室14内の流路抵抗が抑
えられている。In this embodiment, the first and second silicon layers 12A and 12B constituting the flow path forming substrate 10 are each made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (100). Therefore, the width direction side surface 14 of the pressure generating chamber 14 is
a is an inclined surface that inclines so that the width becomes narrower toward the piezoelectric element 300 side, and the flow path resistance in the pressure generating chamber 14 is suppressed.
【0047】一方、これら第1及び第2のシリコン層1
2A,12Bに挟持されているポリシリコン層18に
は、本実施形態では、所定の領域にボロンをドーピング
したボロンドープポリシリコン層18aが形成されてお
り、このボロンドープポリシリコン層18aにより第1
のシリコン層12Aに形成する圧力発生室14のエッチ
ング選択性を持たせている。すなわち、第1及び第2の
シリコン層12A,12Bとの間には、実質的にボロン
ドープポリシリコン層18aのみが挟持されていること
になる。なお、このポリシリコン層18と第1のシリコ
ン層12Aとの間に酸化シリコン層を設けるようにして
もよく、これにより、高精度なポリシリコン層18のエ
ッチング選択性を得ることができる。On the other hand, these first and second silicon layers 1
In the present embodiment, in the polysilicon layer 18 sandwiched between 2A and 12B, a boron-doped polysilicon layer 18a doped with boron in a predetermined region is formed, and the boron-doped polysilicon layer 18a forms a first layer.
Etching selectivity of the pressure generating chamber 14 formed in the silicon layer 12A is provided. That is, substantially only the boron-doped polysilicon layer 18a is sandwiched between the first and second silicon layers 12A and 12B. A silicon oxide layer may be provided between the polysilicon layer 18 and the first silicon layer 12A, which makes it possible to obtain highly accurate etching selectivity of the polysilicon layer 18.
【0048】また、流路形成基板10を構成する第1及
び第2のシリコン層12A,12Bの表面には、これら
第1及び第2のシリコン層12A,12Bを予め熱酸化
することにより形成した保護膜55A,55Bがそれぞ
れ形成されており、保護膜55Bは、インク導入口17
等を形成する際のマスクとして用いられるものである。
また、保護膜55A上には、例えば、酸化ジルコニウム
等からなる弾性膜50が形成されており、この弾性膜5
0は、その一方面で圧力発生室14の一壁面を構成す
る。The surfaces of the first and second silicon layers 12A and 12B forming the flow path forming substrate 10 are formed by previously thermally oxidizing the first and second silicon layers 12A and 12B. Protective films 55A and 55B are respectively formed, and the protective film 55B is used for the ink introduction port 17
It is used as a mask when forming the like.
An elastic film 50 made of, for example, zirconium oxide is formed on the protective film 55A.
0 constitutes one wall surface of the pressure generating chamber 14 by its one surface.
【0049】この弾性膜50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
の圧電体層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300を構成している。ここで、圧電素子300
は、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80を含
む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一
方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70
を各圧力発生室14毎にパターニングして構成する。そ
して、ここではパターニングされた何れか一方の電極及
び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加に
より圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実
施形態では、下電極膜60を圧電素子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
変位が生じる弾性膜とを合わせて圧電アクチュエータと
称する。On the elastic film 50, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.5 μm and a thickness of, for example, about 1 μm are provided.
The piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are laminated and formed in a process described later to form the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300
Indicates a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 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 layer 70 are used.
Is patterned for each pressure generating chamber 14. Further, here, a portion which is composed of one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In the present embodiment, the lower electrode film 60 is used as the common electrode of the piezoelectric element 300 and the upper electrode film 80 is used as the individual electrode of the piezoelectric element 300, but there is no problem even if this is reversed due to the convenience of the drive circuit and wiring. In any case, the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the elastic film that is displaced by the driving of the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.
【0050】また、流路形成基板10の圧電素子300
側、本実施形態では、弾性膜50及び下電極膜60上に
は、圧電素子300に対向する領域にその運動を阻害し
ない程度の空間を確保した状態でこの空間を密封可能な
圧電素子保持部21を有する封止板20が接合されてい
る。Further, the piezoelectric element 300 of the flow path forming substrate 10
On the other hand, in the present embodiment, the piezoelectric element holding portion capable of sealing the space on the elastic film 50 and the lower electrode film 60 in a region facing the piezoelectric device 300 while ensuring a space that does not hinder its movement. A sealing plate 20 having 21 is joined.
【0051】この封止板20には、各圧力発生室14と
連通するノズル開口22が穿設されており、ノズルプレ
ートの役割も兼ねている。また、ノズル開口22と圧力
発生室14とは、弾性膜50及び下電極膜60を除去す
ることにより設けられたノズル連通孔51を介して連通
されている。なお、このノズル連通孔51の内面の少な
くとも下電極膜60の表面には、絶縁体からなる保護膜
を設けるようにしてもよい。これによりインクによる絶
縁破壊が確実に防止される。Nozzle openings 22 communicating with the respective pressure generating chambers 14 are bored in the sealing plate 20 and also serve as nozzle plates. Further, the nozzle opening 22 and the pressure generating chamber 14 are communicated with each other via a nozzle communication hole 51 provided by removing the elastic film 50 and the lower electrode film 60. A protective film made of an insulating material may be provided on at least the surface of the lower electrode film 60 on the inner surface of the nozzle communication hole 51. This surely prevents dielectric breakdown due to ink.
【0052】また、インク滴吐出圧力をインクに与える
圧力発生室14の大きさと、インク滴を吐出するノズル
開口22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22は数十μmの直径で精度よく形成する必要が
ある。The size of the pressure generating chamber 14 for applying the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 22 for ejecting the ink droplet are optimal depending on the amount of the ejected ink droplet, the ejection speed and the ejection frequency. Be converted. For example, 1
When recording 360 ink droplets per inch, it is necessary to accurately form the nozzle opening 22 with a diameter of several tens of μm.
【0053】ここで、本実施形態のインクジェット式記
録ヘッドの製造工程、特に、流路形成基板10に圧力発
生室14等を形成する工程及びこの圧力発生室14に対
応する領域に圧電素子300を形成する工程について説
明する。なお、図3〜図5は、圧力発生室14の長手方
向の断面図である。Here, the manufacturing process of the ink jet recording head of the present embodiment, particularly the process of forming the pressure generating chamber 14 and the like in the flow path forming substrate 10 and the piezoelectric element 300 in the region corresponding to this pressure generating chamber 14. The forming process will be described. 3 to 5 are cross-sectional views of the pressure generating chamber 14 in the longitudinal direction.
【0054】まず、ポリシリコン層18の両面に第1及
び第2のシリコン層を有する流路形成基板10を形成す
る。First, the flow path forming substrate 10 having the first and second silicon layers is formed on both surfaces of the polysilicon layer 18.
【0055】詳しくは、図3(a)に示すように、ま
ず、酸化膜等のマスクを用いて第2のシリコン層12B
の表層の圧力発生室14、リザーバ15及びインク供給
路16に対向する領域で、且つインク導入口17が連通
する部分を除く領域に、例えば、1μm程度の深さでボ
ロンをドーピングしてボロンドープシリコン層12aを
形成する。なお、少なくともインク導入口17が連通す
る部分を除けば、流路形成基板10の全面にボロンドー
プシリコン層を設けるようにしてもよい。More specifically, as shown in FIG. 3A, first, the second silicon layer 12B is formed using a mask such as an oxide film.
In a region facing the pressure generating chamber 14, the reservoir 15 and the ink supply passage 16 on the surface layer of the above, and excluding a portion communicating with the ink inlet 17, boron is doped with boron at a depth of about 1 μm, for example. The silicon layer 12a is formed. It should be noted that a boron-doped silicon layer may be provided on the entire surface of the flow path forming substrate 10 except at least a portion where the ink introduction port 17 communicates.
【0056】次いで、図3(b)に示すように、第2の
シリコン層12B上に、0.1〜3μm程度の厚さでポ
リシリコン層18を形成後、このポリシリコン層18の
圧力発生室14、リザーバ15及びインク供給路16と
なる領域以外の部分にボロンをドーピングしてボロンド
ープシリコン層18aを形成し、ポリシリコン層180
にエッチングの選択性を持たせる。Next, as shown in FIG. 3B, a polysilicon layer 18 having a thickness of about 0.1 to 3 μm is formed on the second silicon layer 12B, and a pressure is generated in the polysilicon layer 18. A boron-doped silicon layer 18a is formed by doping boron in a portion other than a region to be the chamber 14, the reservoir 15, and the ink supply path 16, and a polysilicon layer 180 is formed.
To have etching selectivity.
【0057】次いで、図3(c)に示すように、このポ
リシリコン層18上に、例えば、厚さが50μm程度の
第1のシリコン層12Aを接着することにより、流路形
成基板10が形成される。Next, as shown in FIG. 3C, the flow path forming substrate 10 is formed by adhering a first silicon layer 12A having a thickness of, for example, about 50 μm on the polysilicon layer 18. To be done.
【0058】なお、ポリシリコン層18と第1のシリコ
ン層12Aとの接着方法は、特に限定されないが、例え
ば、ポリシリコン層18上に第1のシリコン層12Aを
吸着させて、1200℃程度の高温でアニール処理する
ことにより接着させることができる。また、第1のシリ
コン層12Aを接着してから、第1のシリコン層12A
を研磨して所定の厚さとしてもよい。The method of adhering the polysilicon layer 18 and the first silicon layer 12A is not particularly limited. For example, the first silicon layer 12A is adsorbed on the polysilicon layer 18 and the temperature is about 1200.degree. It can be bonded by annealing at a high temperature. In addition, after the first silicon layer 12A is bonded, the first silicon layer 12A
May be polished to a predetermined thickness.
【0059】次に、図3(d)に示すように、このよう
に形成した流路形成基板10の表面、すなわち、流路形
成基板10を構成する第1及び第2のシリコン層12
A,12Bの表面を約1100℃の拡散炉で熱酸化して
二酸化シリコンからなる保護膜55A,55Bを形成す
る。Next, as shown in FIG. 3D, the surface of the flow channel forming substrate 10 thus formed, that is, the first and second silicon layers 12 constituting the flow channel forming substrate 10.
The surfaces of A and 12B are thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. to form protective films 55A and 55B made of silicon dioxide.
【0060】次に、図4(a)に示すように、保護膜5
5A上に弾性膜50を形成する。例えば、本実施形態で
は、保護膜55A上にジルコニウム層を形成後、500
〜1200℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウムか
らなる弾性膜50とした。Next, as shown in FIG. 4A, the protective film 5
An elastic film 50 is formed on 5A. For example, in the present embodiment, after forming the zirconium layer on the protective film 55A,
An elastic film 50 made of zirconium oxide was obtained by thermal oxidation in a diffusion furnace at 1200 ° C.
【0061】次に、各圧力発生室14となる領域の弾性
膜50上に圧電素子300を形成する。Next, the piezoelectric element 300 is formed on the elastic film 50 in the region to be each pressure generating chamber 14.
【0062】圧電素子300を形成する工程としては、
まず、図4(b)に示すように、弾性膜50上にスパッ
タリングで下電極膜60を形成する。この下電極膜60
の材料としては、白金、イリジウム等が好適である。こ
れは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述
の圧電体層70は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲
気下で600〜1000℃程度の温度で焼成して結晶化
させる必要があるからである。すなわち、下電極膜60
の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保
持できなければならず、殊に、圧電体層70としてチタ
ン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いた場合には、酸化鉛
の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、こ
れらの理由から白金、イリジウムが好適である。In the process of forming the piezoelectric element 300,
First, as shown in FIG. 4B, the lower electrode film 60 is formed on the elastic film 50 by sputtering. This lower electrode film 60
Platinum, iridium, and the like are suitable as the material. This is because the piezoelectric layer 70 described later, which is formed by the sputtering method or the sol-gel method, needs to be crystallized by baking at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in the air atmosphere or the oxygen atmosphere after the film formation. Because. That is, the lower electrode film 60
The material must be able to maintain conductivity under such a high temperature and oxidizing atmosphere. Especially, when lead titanate zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70, the diffusion of lead oxide. It is desirable that there is little change in conductivity due to, and for these reasons, platinum and iridium are preferable.
【0063】次に、図4(c)に示すように、圧電体層
70を成膜する。例えば、本実施形態では、金属有機物
を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲ
ル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からな
る圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて
形成した。圧電体層70の材料としては、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。なお、この圧電体層70の成膜方法は、特に
限定されず、例えば、スパッタリング法又はMOD法
(有機金属熱塗布分解法)等のスピンコート法により成
膜してもよい。Next, as shown in FIG. 4C, the piezoelectric layer 70 is formed. For example, in the present embodiment, a so-called sol-gel method is used in which a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a catalyst is applied, dried, gelled, and fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. Was formed using. As the material of the piezoelectric layer 70, a PZT-based material is suitable when it is used in an inkjet recording head. The method of forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited, and may be formed by a spin coating method such as a sputtering method or a MOD method (organic metal thermal coating decomposition method).
【0064】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法もしくはMOD法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前
駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて
低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。Furthermore, after forming a lead zirconate titanate precursor film by a sol-gel method, a sputtering method, a MOD method, or the like, a method of growing crystals at a low temperature by a high-pressure treatment method in an alkaline aqueous solution may be used. Good.
【0065】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、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態
では、白金をスパッタリングにより成膜している。Next, as shown in FIG. 4D, the upper electrode film 80 is formed. The upper electrode film 80 may be made of a material having high conductivity, and many metals such as aluminum, gold, nickel and platinum, and a conductive oxide can be used. In this embodiment, platinum is deposited by sputtering.
【0066】次いで、図5(a)に示すように、圧電体
層70及び上電極膜80のみをエッチングして圧電素子
300のパターニングを行う。また、本実施形態では、
同時に下電極膜60及び弾性膜50をパターニングして
圧力発生室14とノズル開口22とを連通するノズル連
通孔51を形成すると共に、保護膜55Bをパターニン
グしてインク導入口17に対応する領域に貫通孔56を
形成する。Next, as shown in FIG. 5A, only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are etched to pattern the piezoelectric element 300. Further, in this embodiment,
At the same time, the lower electrode film 60 and the elastic film 50 are patterned to form a nozzle communication hole 51 that communicates the pressure generating chamber 14 with the nozzle opening 22, and the protective film 55B is patterned to a region corresponding to the ink introduction port 17. The through hole 56 is formed.
【0067】次に、図5(b)に示すように、圧電素子
300を下電極膜60の表面に、例えば、フッ素樹脂等
からなるエッチング保護膜90を形成する。なお、この
エッチング保護膜90は、後述する圧力発生室14等の
エッチングの際に、圧電体層70等の破壊を防止するた
めのものである。Next, as shown in FIG. 5B, the piezoelectric element 300 is formed on the surface of the lower electrode film 60 with an etching protection film 90 made of, for example, fluororesin. The etching protection film 90 is for preventing the piezoelectric layer 70 and the like from being destroyed when the pressure generating chamber 14 and the like, which will be described later, are etched.
【0068】次に、図5(c)に示すように、保護膜5
5Bをマスクとして第2のシリコン層12Bを異方性エ
ッチング、例えば、KOH等のアルカリ溶液によるウェ
ットエッチングすることによってインク導入口17を形
成する。その後、このインク導入口17を介してポリシ
リコン層18をパターニングする。Next, as shown in FIG. 5C, the protective film 5
The ink introduction port 17 is formed by anisotropically etching the second silicon layer 12B using 5B as a mask, for example, wet etching with an alkaline solution such as KOH. Then, the polysilicon layer 18 is patterned through the ink introduction port 17.
【0069】ここで、ポリシリコン層18は、上述のよ
うに、所定部分にボロンがドーピングされてボロンドー
プポリシリコン層18aとなっており、エッチングによ
ってポリシリコン層18のみが選択的に除去され、ボロ
ンドープポリシリコン層18aのみが除去されずに残
る。すなわち、圧力発生室14、リザーバ15及びイン
ク供給路16となる領域のみが除去されて貫通部19が
形成され、第1のシリコン層12Aが露出する。また、
このように、ポリシリコン層18は、エッチングの際に
完全に除去されてボロンドープポリシリコン層18aの
みが残るため、流路形成基板10は、実質的にボロンド
ープポリシリコン層18aと第1及び第2のシリコン層
12A,12Bとで構成されることになる。Here, as described above, the polysilicon layer 18 is a boron-doped polysilicon layer 18a in which a predetermined portion is doped with boron, and only the polysilicon layer 18 is selectively removed by etching. Only the boron-doped polysilicon layer 18a remains without being removed. That is, only the regions to be the pressure generating chamber 14, the reservoir 15 and the ink supply passage 16 are removed to form the penetrating portion 19 and the first silicon layer 12A is exposed. Also,
As described above, the polysilicon layer 18 is completely removed during the etching, and only the boron-doped polysilicon layer 18a remains, so that the flow path forming substrate 10 substantially includes the boron-doped polysilicon layer 18a and the first and second boron-doped polysilicon layers 18a. It will be composed of the second silicon layers 12A and 12B.
【0070】次いで、図5(d)に示すように、流路形
成基板10を構成するボロンドープポリシリコン層18
aをマスクとして、インク導入口17を介して第1のシ
リコン層12Aを異方性エッチングすることにより、圧
力発生室14、リザーバ15及びインク供給路16を形
成する。また同時に、本実施形態では、圧力発生室14
及びリザーバ15に対向する領域の保護膜55Aもエッ
チングによって除去するようにした。Then, as shown in FIG. 5D, the boron-doped polysilicon layer 18 constituting the flow path forming substrate 10 is formed.
The pressure generation chamber 14, the reservoir 15 and the ink supply path 16 are formed by anisotropically etching the first silicon layer 12A through the ink introduction port 17 using a as a mask. At the same time, in the present embodiment, the pressure generating chamber 14
Also, the protective film 55A in the region facing the reservoir 15 is removed by etching.
【0071】なお、第1のシリコン層12Aをエッチン
グして圧力発生室14等を形成する際、第2のシリコン
層12Bのボロンドープポリシリコン層18a側表面も
エッチャントに触れることになるが、上述のように、第
2のシリコン層12Bの圧力発生室14等に対向する領
域は、ボロンドープシリコン層12aとなっているため
エッチングされることがない。When the pressure generating chamber 14 and the like are formed by etching the first silicon layer 12A, the surface of the second silicon layer 12B on the boron-doped polysilicon layer 18a side also comes into contact with the etchant. As described above, the region of the second silicon layer 12B facing the pressure generating chamber 14 and the like is not etched because it is the boron-doped silicon layer 12a.
【0072】ここで、本実施形態の第1のシリコン層1
2Aは、上述のように、面方位(100)のシリコン単
結晶基板からなるため、図6(a)に示すように、ボロ
ンドープポリシリコン層18aをマスクとしてエッチン
グすると、圧力発生室14、リザーバ15及びインク供
給路16を画成する内側面は、(111)面で形成され
る。すなわち、これらの内側面は弾性膜50側ほど幅狭
となるように傾斜する傾斜面で形成される。このため、
図6(b)に示すように、比較的広い幅で形成される圧
力発生室14及びリザーバ15は、保護膜55Aに達す
るまでエッチングされて保護膜55Aによってエッチン
グが停止するが、圧力発生室14よりも狭い幅で形成さ
れているインク供給路16は、その内側面同士が交差す
る位置でエッチングが停止し、圧力発生室14よりも浅
く形成される。Here, the first silicon layer 1 of the present embodiment
Since 2A is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (100) as described above, as shown in FIG. 6A, when the boron-doped polysilicon layer 18a is used as a mask for etching, the pressure generating chamber 14 and the reservoir are formed. The inner side surface that defines 15 and the ink supply path 16 is formed of the (111) plane. That is, these inner side surfaces are formed as inclined surfaces that are inclined so that the width becomes narrower toward the elastic film 50 side. For this reason,
As shown in FIG. 6B, the pressure generating chamber 14 and the reservoir 15 formed with a relatively wide width are etched until they reach the protective film 55A and the etching is stopped by the protective film 55A. The ink supply path 16 formed with a narrower width is formed shallower than the pressure generating chamber 14 because etching stops at the position where the inner side surfaces intersect each other.
【0073】以上のような工程で、圧力発生室14及び
圧電素子300等が形成され、その後は、圧電素子30
0等の表面に設けられたエッチング保護膜90を除去
し、流路形成基板10の圧電素子300側に封止板20
を接合して、インクジェット式記録ヘッドとする(図2
参照)。Through the steps as described above, the pressure generating chamber 14 and the piezoelectric element 300 are formed, and thereafter, the piezoelectric element 30.
The etching protection film 90 provided on the surface of the film 0, etc. is removed, and the sealing plate 20 is provided on the side of the piezoelectric element 300 of the flow path forming substrate 10.
To form an ink jet recording head (see FIG. 2).
reference).
【0074】なお、以上説明した一連の膜形成及び異方
性エッチング工程では、実際には、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。その後、図示しないホルダー等に固定し、キャ
リッジに搭載されてインクジェット式記録装置に組み込
まれる。In the series of film formation and anisotropic etching steps described above, a large number of chips are formed on one wafer at the same time, and after the process is completed, one chip as shown in FIG. The chip forming flow path forming substrate 10 is divided. Then, it is fixed to a holder (not shown) or the like, mounted on a carriage, and incorporated in an inkjet recording apparatus.
【0075】また、このように製造された本実施形態の
インクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク
供給手段からインク導入口17を介してリザーバ15に
インクを取り込み、リザーバ15からノズル開口22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
駆動回路を介して出力された記録信号に従い、圧力発生
室14に対応するそれぞれの圧電素子300、すなわち
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及び圧電体層70をたわみ変形
させることにより、各圧力発生室14内の圧力が高まり
ノズル開口22からインク滴が吐出する。In addition, the ink jet recording head of this embodiment manufactured in this way takes ink from the external ink supply means (not shown) into the reservoir 15 through the ink introduction port 17, and reaches the nozzle opening 22 from the reservoir 15. After filling the inside with ink up to and including the piezoelectric element 300 corresponding to the pressure generating chamber 14, that is, the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80, according to the recording signal output via an external drive circuit (not shown). By applying a voltage between the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 to deform them, the pressure inside each pressure generating chamber 14 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 22.
【0076】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドでは、インク導入口17と圧力発生室14等
とをエッチングによって一括で形成することができ、製
造効率が向上する。また、流路形成基板10の圧電素子
300とは反対側に設けられたインク導入口17を介し
て圧力発生室14等を形成するため、エッチングの際
に、圧電体層70等に悪影響を及ぼすのを防止すること
ができる。In the ink jet recording head of this embodiment as described above, the ink inlet 17 and the pressure generating chamber 14 and the like can be collectively formed by etching, and the manufacturing efficiency is improved. Further, since the pressure generating chamber 14 and the like are formed through the ink introduction port 17 provided on the opposite side of the flow path forming substrate 10 from the piezoelectric element 300, the piezoelectric layer 70 and the like are adversely affected during etching. Can be prevented.
【0077】さらに、本実施形態では、第1及び第2の
シリコン層12A,12Bが面方位(100)のシリコ
ン単結晶基板からなるため、圧力発生室14、リザーバ
15及びインク供給路16の内面にエッチングレートの
比較的遅い(111)面が現れるため、インク供給路を
精度良く形成することができる。したがって、圧力発生
室14に供給されるインクの流路抵抗を高精度に制御す
ることができる。Further, in this embodiment, since the first and second silicon layers 12A and 12B are made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (100), the inner surfaces of the pressure generating chamber 14, the reservoir 15 and the ink supply passage 16 are formed. Since the (111) plane having a relatively slow etching rate appears on the surface, it is possible to accurately form the ink supply path. Therefore, the flow path resistance of the ink supplied to the pressure generating chamber 14 can be controlled with high accuracy.
【0078】(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) Although the respective embodiments of the present invention have been described above, the basic structure of the ink jet recording head is not limited to the above.
【0079】例えば、上述の実施形態では、流路形成基
板10を構成する第1及び第2のシリコン層12A,1
2Bは、それぞれ面方位(100)のシリコン単結晶基
板からなるが、これに限定されず、例えば、面方位(1
00)と面方位(110)のシリコン単結晶基板であっ
てもよいし、それぞれ面方位(110)のシリコン単結
晶基板であってもよい。勿論、このような構成によって
も、上述と同様の効果が得られる。For example, in the above-described embodiment, the first and second silicon layers 12A, 1 constituting the flow path forming substrate 10 are formed.
2B is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (100), but is not limited thereto, and for example, a plane orientation (1
00) and a plane orientation (110) silicon single crystal substrate, or a plane orientation (110) silicon single crystal substrate. Of course, even with such a configuration, the same effect as described above can be obtained.
【0080】なお、第1及び第2のシリコン層12A,
12Bが、それぞれ面方位(110)のシリコン単結晶
基板からなる場合には、図7に示すように、圧力発生室
14、リザーバ15及びインク供給路16の内側面は、
流路形成基板10の表面に対して略垂直な面で形成され
る。また、この構成の場合、インク供給路16の流路抵
抗は、例えば、その幅を調整することにより制御するこ
とができる。The first and second silicon layers 12A,
When 12B is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110), the inner surfaces of the pressure generating chamber 14, the reservoir 15 and the ink supply passage 16 are, as shown in FIG.
It is formed on a surface substantially perpendicular to the surface of the flow path forming substrate 10. Further, in the case of this configuration, the flow path resistance of the ink supply path 16 can be controlled by adjusting the width thereof, for example.
【0081】また、例えば、上述の実施形態では、記録
ヘッドの面に対して垂直な方向にノズル開口22を形成
するようにしたが、これに限定されず、例えば、記録ヘ
ッドの端面にノズル開口を形成するようにしてもよい。Further, for example, in the above-described embodiment, the nozzle opening 22 is formed in the direction perpendicular to the surface of the recording head, but the present invention is not limited to this, and for example, the nozzle opening 22 is formed on the end surface of the recording head. May be formed.
【0082】また、例えば、上述の実施形態では、成膜
及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型
のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これ
に限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを
貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェ
ット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。Further, for example, in the above-described embodiment, the thin film type ink jet recording head manufactured by applying the film formation and the lithographic process is taken as an example. However, the present invention is not limited to this and, for example, The present invention can also be applied to a thick film type ink jet recording head formed by a method such as attaching a green sheet.
【0083】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8は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。The ink jet recording head of each of these 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. Figure 8
It is a schematic diagram showing an example of the ink jet type recording device.
【0084】図8に示すように、インクジェット式記録
ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、イ
ンク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着
脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1
Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けら
れたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。As shown in FIG. 8, the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head are provided with the cartridges 2A and 2B constituting the ink supply means detachably, and the recording head units 1A and 1B are detachable.
The carriage 3 on which B is mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B are, for example,
The black ink composition and the color ink composition are respectively discharged.
【0085】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。Then, the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears (not shown) and the timing belt 7, so that the carriage 3 having the recording head units 1A and 1B mounted thereon follows the carriage shaft 5. Be moved. On the other hand, a platen 8 is provided on the apparatus body 4 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a feed roller (not shown), is wound around the platen 8. It is designed to be transported.
【0086】[0086]
【発明の効果】以上説明したように本発明では、流路形
成基板の圧電素子とは反対側に設けられたインク導入口
を介して圧力発生室が形成されているため、インク導入
口及び圧力発生室等とをエッチングによって一括で形成
することができて製造効率が向上すると共に、エッチン
グの際に、圧電体層等に悪影響を及ぼすのを防止するこ
とができる。また、流路形成基板の剛性が増加し、クロ
ストークを防止できるという効果を奏する。As described above, according to the present invention, since the pressure generating chamber is formed through the ink introducing port provided on the side opposite to the piezoelectric element of the flow path forming substrate, the ink introducing port and the pressure The generation chamber and the like can be collectively formed by etching, which improves the manufacturing efficiency and can prevent the piezoelectric layer and the like from being adversely affected during etching. Also, the rigidity of the flow path forming substrate is increased, and crosstalk can be prevented.
【図1】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの概略を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing an inkjet recording head according to a first embodiment of the invention.
【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
【図3】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
【図4】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the inkjet recording head according to the first embodiment of the invention.
【図5】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
【図6】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す概略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view showing a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
【図7】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. 7 is a cross-sectional view showing an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
【図8】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram of an inkjet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 流路形成基板 12A 第1のシリコン層 12B 第2のシリコン層 13 隔壁 14 圧力発生室 15 リザーバ 16 インク供給路 17 インク導入口 18 ポリシリコン層 18a ボロンドープポリシリコン層 20 封止板 21 圧電素子保持部 22 ノズル開口 50 弾性膜 60 下電極膜 70 圧電体層 80 上電極膜 300 圧電素子 10 Flow path forming substrate 12A First silicon layer 12B Second silicon layer 13 partitions 14 Pressure generation chamber 15 Reservoir 16 ink supply path 17 Ink inlet 18 Polysilicon layer 18a Boron-doped polysilicon layer 20 sealing plate 21 Piezoelectric element holder 22 Nozzle opening 50 elastic membrane 60 Lower electrode film 70 Piezoelectric layer 80 Upper electrode film 300 Piezoelectric element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/16 B41J 2/045 B41J 2/055 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/16 B41J 2/045 B41J 2/055
Claims (15)
隔壁によって画成される流路形成基板と、前記圧力発生
室の一方面を構成する振動板を介して前記圧力発生室に
対応する領域に設けられて前記圧力発生室内に圧力変化
を生じさせる圧電素子とを具備するインクジェット式記
録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板が少なくともボロンドープポリシリコ
ン層の両面に単結晶シリコンからなるシリコン層を有す
る基板であり、前記圧力発生室が一方のシリコン層及び
前記ボロンドープポリシリコン層に形成されると共に当
該圧力発生室の他方面が他方のシリコン層で構成され、
前記圧力発生室に連通するインク導入口が前記他方のシ
リコン層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。1. A pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is provided with a flow path forming substrate defined by a plurality of partition walls and a vibrating plate forming one surface of the pressure generating chamber to correspond to the pressure generating chamber. In an ink jet recording head provided with a piezoelectric element that is provided in a region to generate a pressure change in the pressure generating chamber, the flow path forming substrate has a silicon layer made of single crystal silicon on at least both surfaces of a boron-doped polysilicon layer. A substrate having, the pressure generating chamber is formed in one silicon layer and the boron-doped polysilicon layer and the other surface of the pressure generating chamber is formed of the other silicon layer,
An ink jet recording head, wherein an ink introduction port communicating with the pressure generating chamber is formed in the other silicon layer.
層の前記ボロンドープポリシリコン層側の前記圧力発生
室に対向する領域に、ボロンがドーピングされているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a region of the other silicon layer facing the pressure generating chamber on the side of the boron-doped polysilicon layer is doped with boron.
層が、面方位(100)の単結晶シリコンからなること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the silicon layer is made of single crystal silicon having a plane orientation (100).
層の何れか一方が、面方位(100)の単結晶シリコン
からなり、他方のシリコン層が面方位(110)の単結
晶シリコンからなることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッド。4. The silicon layer according to claim 1, wherein one of the silicon layers is made of single crystal silicon having a plane orientation (100), and the other silicon layer is made of single crystal silicon having a plane orientation (110). An inkjet recording head characterized by:
層が、面方位(110)の単結晶シリコンからなること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the silicon layer is made of single crystal silicon having a plane orientation (110).
ロンドープポリシリコン層の膜厚が0.1〜3.0μm
の範囲に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 film thickness of the boron-doped polysilicon layer according to claim 1, which is 0.1 to 3.0 μm.
Inkjet recording head characterized by being in the range of.
方のシリコン層には、前記インク導入口が連通する連通
部と、該連通部と前記圧力発生室とを連通するインク供
給路とがさらに設けられていることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。7. The communication section according to claim 1, wherein the one silicon layer is in communication with the ink introduction port, and an ink supply path is in communication between the communication section and the pressure generating chamber. An ink jet type recording head, further comprising:
が、前記一方のシリコン層の前記ボロンドープポリシリ
コン層側に設けられていることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッド。8. The ink jet recording head according to claim 7, wherein the ink communication path is provided on the boron-doped polysilicon layer side of the one silicon layer.
が、前記圧力発生室の並設方向に亘って設けられて前記
圧力発生室にインクを供給するリザーバの少なくとも一
部を構成することを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッド。9. The communication unit according to claim 7, wherein the communication portion constitutes at least a part of a reservoir that is provided in a direction in which the pressure generating chambers are arranged in parallel and supplies ink to the pressure generating chambers. Characteristic ink jet recording head.
インク導入口が、前記圧力発生室の並設方向に亘って設
けられて前記圧力発生室にインクを供給するリザーバの
少なくとも一部を構成することを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッド。10. The ink introducing port according to claim 1, wherein the ink introducing port is provided in at least a part of a reservoir that is provided in a direction in which the pressure generating chambers are arranged in parallel and supplies ink to the pressure generating chambers. An ink jet recording head characterized by being configured.
生室の幅方向側面が前記圧電素子側ほど幅狭となるよう
に傾斜する傾斜面となっていることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。11. The ink jet recording head according to claim 3, wherein the side surface in the width direction of the pressure generating chamber is an inclined surface that is inclined so that the width becomes narrower toward the piezoelectric element side.
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。12. The pressure generating chamber according to claim 1, wherein the pressure generating chamber is formed in a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by film formation and a lithography method. An ink jet recording head characterized by being present.
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。13. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
と共に、前記流路形成基板の一方面側に振動板を介して
下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成す
るインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、 前記圧力発生室が形成される領域以外にボロンをドーピ
ングすることによりエッチングの選択性を持たせたポリ
シリコン層の両面にシリコン単結晶基板からなるシリコ
ン層を有する前記流路形成基板を形成する工程と、前記
流路形成基板の一方のシリコン層側に振動板を介して前
記下電極、圧電体層及び上電極を順次積層及びパターニ
ングして前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成
基板の他方のシリコン層を前記ポリシリコン層に達する
までエッチングしてインク導入口を形成し、該インク導
入口を介して前記圧力発生室となる領域の前記ポリシリ
コン層をパターニングすると共に当該ポリシリコン層を
マスクとして前記一方のシリコン層をエッチングして前
記圧力発生室を形成する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。14. An ink jet forming a pressure generating chamber in a flow path forming substrate and forming a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer and an upper electrode on one surface side of the flow path forming substrate via a vibrating plate. In a method of manufacturing a recording head, a silicon layer made of a silicon single crystal substrate is provided on both surfaces of a polysilicon layer having etching selectivity by doping with boron other than a region where the pressure generating chamber is formed. The step of forming a flow path forming substrate, and the lower electrode, the piezoelectric layer, and the upper electrode are sequentially laminated and patterned on one silicon layer side of the flow path forming substrate through a vibration plate to form the piezoelectric element. Step, and etching the other silicon layer of the flow path forming substrate until it reaches the polysilicon layer to form an ink inlet, and the pressure is applied through the ink inlet. And a step of patterning the polysilicon layer in a region to be a generation chamber and etching the one silicon layer using the polysilicon layer as a mask to form the pressure generation chamber. Manufacturing method.
板を形成する工程では、前記他方のシリコン層の前記ポ
リシリコン層との接合面側で、少なくとも前記圧力発生
室に対向する領域の表層にボロンをドーピングする工程
を含む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。15. The method according to claim 14, wherein in the step of forming the flow path forming substrate, at least a surface layer of a region facing the pressure generating chamber is on a bonding surface side of the other silicon layer with the polysilicon layer. A method for manufacturing an ink jet recording head, comprising a step of doping with boron.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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