JP3882898B2

JP3882898B2 - Method for manufacturing ink jet recording head

Info

Publication number: JP3882898B2
Application number: JP2002007497A
Authority: JP
Inventors: 明松沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: JP2003205617A

Description

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【０００７】
また、圧力発生室が形成された流路形成基板に、圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板を接合した構造が提案されている。これによれば、圧電素子を大気と遮断して、大気中の水分等による圧電素子の破壊を防止することができる。
【０００８】
【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、一般的に、封止基板には、例えば、圧力発生室の共通のインク室となるリザーバ等、封止基板を厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されている。
【０００９】
このため、流路形成基板を異方性ウェットエッチングすることによって圧力発生室を形成する際に、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やシリコン単結晶基板等からなる保護板を封止基板上に接合し、封止基板の貫通孔を封止する必要がある。すなわち、貫通孔を介して流路形成基板等がエッチングされるのを防止する必要があり、作業効率が低下して製造コストが増加してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、製造効率を向上してコストの低減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。
【００２７】
【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画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合され当該圧電素子の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で当該空間を封止する圧電素子保持部を有すると共に厚さ方向に貫通する貫通孔を有する封止基板とを具備するインクジェット式記録ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板との接合面側に前記貫通孔の一部を構成する第１の貫通孔形成用凹部を有する封止基板を前記流路形成基板に接合する工程と、異方性ウェットエッチングにより前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成すると共に前記封止基板の前記流路形成基板との接合面とは反対面側に前記貫通孔の一部を構成する第２の貫通孔形成用凹部を形成する工程と、前記封止基板をドライエッチングすることにより前記第１の貫通孔形成用凹部と第２の貫通孔形成用凹部とを連通させて前記貫通孔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。
【００２８】
かかる第１の態様では、封止基板の貫通孔を比較的容易に形成でき、製造効率が向上する。また、圧力発生室を形成する際に、封止基板によって圧電素子等が保護され、別途、保護板等を設ける必要がないため、製造コストを大幅に削減することができる。
【００２９】
本発明の第２の態様は、前記封止基板の第１の貫通孔形成用凹部を異方性ウェットエッチングにより形成することを特徴とする第１の態様のインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【００３０】
かかる第２の態様では、圧電素子保持部と第１の貫通孔形成用凹部とを同時に比較的容易に形成することができ、製造効率がさらに向上する。
【００３１】
【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。
【００３２】
（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、図１の平面図及び断面図である。
【００３３】
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り、その一方の面には、異方性エッチングにより形成された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する封止基板３０のリザーバ部３２と貫通部５１を介して連通し各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
【００３４】
また、この流路形成基板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。
【００３５】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、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（１１１）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１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）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。
【００３６】
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１０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。ここで、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。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク供給路１４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。
【００３７】
なお、このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２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。なお、本実施形態では、３６０ｄｐｉで圧力発生室１２を配置するようにしているため、流路形成基板１０の厚さは７０μｍとしている。
【００３８】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、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、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート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、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。
【００３９】
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２１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２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００４０】
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０．２μｍ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ＩＣ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。
【００４１】
また、圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０の長手方向一端部近傍には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続され、このリード電極９０は、流路形成基板１０の端部近傍まで引き出されている。なお、図示しないが、このリード電極９０は、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ等に接続される。
【００４２】
なお、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域の弾性膜５０上には、圧電素子３００とは不連続の不連続下電極膜６１、不連続圧電体層７１及び不連続上電極膜８１が残されており、連通部１３と後述する封止基板３０のリザーバ部３１とを連通する貫通部５１は、これらの複数の層を貫通して設けられている。
【００４３】
また、流路形成基板１０の圧電素子３００側には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３１を有する封止基板が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１内に密封されている。
【００４４】
また、封止基板３０には、その厚さ方向に貫通する貫通孔、例えば、本実施形態では、複数の圧力発生室１２の共通のインク室であるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、封止基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述したように流路形成基板１０の連通部１３と貫通部５１を介して連通されてリザーバ１００を構成している。
【００４５】
ここで、封止基板３０のリザーバ部３２は、異方性ウェットエッチングによって形成されたウェットエッチング部３２ａと、ドライエッチングによって形成されたドライエッチング部３２ｂとで構成されている。例えば、本実施形態では、リザーバ部３２の両開口部分がウェットエッチング部３２ａで構成され、これらウェットエッチング部３２ａの間の部分がドライエッチング部３２ｂで構成されている。すなわち、両開口部分のウェットエッチング部３２ａがドライエッチング部３２ｂによって連通されている。
【００４６】
詳しくは後述するが、このような構成とすることにより、流路形成基板１０の圧力発生室１２等と、封止基板３０のリザーバ部３２とを比較的容易に形成することができ、製造コストを低減することができる。
【００４７】
なお、このような封止基板３０の材料としては、異方性ウェットエッチング及びドライエッチングによって貫通部であるリザーバ部３２を比較的高精度に形成できる材料であれば、特に限定されないが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましい。なお、本実施形態では、厚さ４００μｍ程度のシリコン単結晶基板を用いている。
【００４８】
また、この封止基板３０の流路形成基板１０上には、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなりリザーバ部３２を形成する際のマスクとなる保護膜１１０が形成されている。
【００４９】
そして、この保護膜１１０のリザーバ部３２に対応する領域には、封止膜４１及び固定板４２からなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部３３となっている。
【００５０】
このように構成した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を取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路等からの記録信号に従い、上電極膜８０と下電極膜６０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、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００５１】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。
【００５２】
まず、図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０となる単結晶シリコン基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化してその両面のそれぞれに二酸化シリコンからなる弾性膜５０及び保護膜５５を形成する。
【００５３】
次に、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０上の全面にスパッタリングで下電極膜６０を形成すると共に、所定形状にパターニングする。例えば、本実施形態では、流路形成基板１０の圧力発生室１２が形成される領域に、下電極膜６０を所定形状にパターニングすると共に、連通部１３が形成される領域に圧電素子３００を構成する下電極膜６０とは不連続の不連続下電極膜６１を残している。
【００５４】
この下電極膜６０の材料としては、白金等が好適である。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、イリジウム又はそれらの複層膜が好適である。
【００５５】
次に、図３（ｃ）に示すように、下電極膜６０及び不連続下電極膜６１上に亘って圧電体層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。
【００５６】
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化させる方法を用いてもよい。
【００５７】
何れにしても、このように成膜された圧電体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
【００５８】
次に、図３（ｄ）に示すように、圧電体層７０上に上電極膜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、イリジウム等の多くの金属や、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。
【００５９】
次に、図４（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と同時に、保護膜５５をエッチングによりパターニングして圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４が形成される領域に開口部５５ａを形成する。このとき、不連続下電極膜６０上には、圧電素子３００とは不連続の不連続圧電体層７１及び不連続上電極膜８１を残すようにしている。
【００６０】
次に、図４（ｂ）に示すように、リード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に圧電素子３００毎にパターニングする。
【００６１】
次に、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面に、封止基板３０を接着剤等によって接合する。
【００６２】
ここで、封止基板３０には、圧電素子保持部３１と共に流路形成基板１０との接合面側にリザーバ部３２の一部となる第１のリザーバ形成用凹部３５を異方性ウェットエッチングにより予め形成しておく。なお、このような第１のリザーバ形成用凹部３５は、異方性ウェットエッチングにより圧電素子保持部３１を形成する際に、同時に形成することが好ましい。
【００６３】
また、封止基板３０の流路形成基板１０とは反対側の面には、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなり、リザーバ部３２が形成される領域に開口部１１１を有する保護膜１１０を予め形成しておく。この保護膜１１０は、封止基板３０をエッチングしてリザーバ部３２を形成する際のマスクとなるものであり、その形成方法は特に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、封止基板３０を熱酸化することによって形成している。
【００６４】
このような封止基板３０を流路形成基板１０に接合後、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ウェットエッチングを行う。すなわち、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１０を保護膜５５の開口部５５ａを介して異方性エッチングすることにより圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。また、同時に、保護膜１１０の開口部１１１を介して封止基板３０をエッチングして第２のリザーバ形成用凹部３６を形成する。
【００６５】
この第２のリザーバ形成用凹部３６の深さは、第１のリザーバ形成用凹部３５と連通しない程度の深さであればよいが、本実施形態では、圧力発生室１２と同時に形成しているため、第２のリザーバ形成用凹部３６の深さは、圧力発生室１２と略同一となっている。
【００６６】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１のリザーバ形成用凹部３５と第２のリザーバ形成用凹部３６との間の封止基板３０をドライエッチングすることにより、これら第１のリザーバ形成用凹部３５と第２のリザーバ形成用凹部３６とを連通する連通部３７を形成する。これにより、ウェットエッチング部３２ａ（３５，３６）とドライエッチング部３２ｂ（３７）とからなるリザーバ部３２が形成される。
【００６７】
このように、本実施形態では、流路形成基板１０に圧力発生室１２を形成後、封止基板３０の貫通孔、本実施形態では、リザーバ部３２を貫通させるようにしたので、圧力発生室１２を異方性ウェットエッチングで形成する際に、封止基板３０上に、例えば、ステンレス鋼やシリコン単結晶基板等からなる保護板を設ける必要がない。これにより、材料費を削減することができると共に、作業工程が減少するため、製造コストを大幅に低減することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、圧電素子保持部３１と第１のリザーバ用形成凹部３５とを同時に形成するようにし、また圧力発生室１２と第２のリザーバ用形成凹部３６とを同時に形成するようにしたので、製造効率をさらに向上することができる。
【００６９】
なお、その後、図５（ｃ）に示すように、弾性膜５０、不連続下電極膜６１、不連続圧電体層７１及び不連続上電極膜８１を貫通する貫通孔５１を形成し、連通部１３とリザーバ部３２とを連通させてリザーバ１００を形成する。
【００７０】
そして、流路形成基板１０の圧電素子３００とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接着剤等によって接合し、リザーバ形成基板３０上に封止膜４１と固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０を接合することによってインクジェット式記録ヘッドとする。
【００７１】
（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。
【００７２】
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。
【００７３】
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６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。
【００７４】
図６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。
【００７５】
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上を搬送されるようになっている。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、接合基板の貫通孔を異方性ウェットエッチングにより形成されるウェットエッチング部とドライエッチングにより形成されるドライエッチング部とで構成するようにしたので、圧力発生室を形成する際に、保護板等を設ける必要がないため、材料費を削減することができる。また、保護板等を設ける必要がないことによって作業工数が減少するため、製造コストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【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分解斜視図である。
【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平面図及び断面図である。
【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。
【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。
【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。
【図６】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。
【符号の説明】
１０流路形成基板
１２圧力発生室
２０ノズルプレート
２１ノズル開口
３０封止基板
３１圧電素子保持部
３２リザーバ部
３２ａウェットエッチング部
３２ｂドライエッチング部
４０コンプライアンス基板
６０下電極膜
７０圧電体層
８０上電極膜
９０リード電極
１００リザーバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
According to the present invention, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is constituted by a diaphragm, and a piezoelectric element is formed on the surface of the diaphragm, and ink droplets are ejected by displacement of the piezoelectric element. The present invention relates to an ink jet recording head, a manufacturing method thereof, and an ink jet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator.
[0003]
The former can change the volume of the pressure generation chamber by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the vibration plate, and it is possible to manufacture a head suitable for high-density printing, while the piezoelectric element is arranged in an array of nozzle openings. There is a problem that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the pitch into a comb-like shape and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are necessary.
[0004]
On the other hand, the latter can flexibly vibrate, although a piezoelectric element can be built on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of piezoelectric material according to the shape of the pressure generation chamber and firing it. There is a problem that a certain amount of area is required for the use of, and high-density arrangement is difficult.
[0005]
On the other hand, in order to eliminate the inconvenience of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm as seen in Japanese Patent Laid-Open No. 5-286131. A material in which a piezoelectric layer is formed so that a material layer is cut into a shape corresponding to a pressure generation chamber by a lithography method and is independent for each pressure generation chamber has been proposed.
[0006]
This eliminates the need to affix the piezoelectric element to the diaphragm, so that not only can the piezoelectric element be created by a precise and simple technique called lithography, but also the thickness of the piezoelectric element can be reduced. There is an advantage that high-speed driving is possible.
[0007]
Further, a structure has been proposed in which a sealing substrate having a piezoelectric element holding portion for sealing a piezoelectric element is bonded to a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber is formed. According to this, the piezoelectric element can be shielded from the atmosphere, and the piezoelectric element can be prevented from being destroyed by moisture in the atmosphere.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an ink jet recording head, generally, a sealing substrate is provided with a through-hole that penetrates the sealing substrate in the thickness direction, such as a reservoir that serves as a common ink chamber for the pressure generation chamber. Has been.
[0009]
For this reason, when forming the pressure generating chamber by anisotropic wet etching of the flow path forming substrate, for example, a protective plate made of stainless steel (SUS) or a silicon single crystal substrate is bonded onto the sealing substrate. It is necessary to seal the through hole of the sealing substrate. That is, it is necessary to prevent the flow path forming substrate and the like from being etched through the through hole, and there is a problem that the working efficiency is lowered and the manufacturing cost is increased.
[0010]
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide an ink jet recording head, a manufacturing method thereof, and an ink jet recording apparatus capable of improving manufacturing efficiency and reducing cost.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention that solves the above problem is provided with a flow path forming substrate in which a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening is defined, and provided on one surface side of the flow path forming substrate via a diaphragm. The space is sealed with a piezoelectric element composed of a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode and a space that is bonded to the piezoelectric element side of the flow path forming substrate and does not hinder the movement of the piezoelectric element. An ink jet recording head manufacturing method comprising: a sealing substrate having a piezoelectric element holding portion and a through hole penetrating in a thickness direction, wherein the vibration plate and the piezoelectric element are disposed on the flow path forming substrate. A step of forming, and a step of bonding a sealing substrate having a first through-hole forming recess that constitutes a part of the through-hole on the bonding surface side with the flow channel forming substrate, The flow is caused by anisotropic wet etching. Forming the pressure generating chamber in the formation substrate and forming a second through-hole forming recess that constitutes a part of the through-hole on the side of the sealing substrate opposite to the joint surface with the flow path formation substrate And a step of forming the through hole by causing the first through hole forming concave portion and the second through hole forming concave portion to communicate with each other by dry etching the sealing substrate. And an ink jet recording head manufacturing method.
[0028]
In the first aspect, the through hole of the sealing substrate can be formed relatively easily, and the manufacturing efficiency is improved. Further, when the pressure generating chamber is formed, the piezoelectric element and the like are protected by the sealing substrate, and it is not necessary to separately provide a protective plate or the like, so that the manufacturing cost can be greatly reduced.
[0029]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the ink jet recording head manufacturing method according to the first aspect, wherein the first through hole forming recess of the sealing substrate is formed by anisotropic wet etching. .
[0030]
In the second aspect, the piezoelectric element holding portion and the first through-hole forming recess can be formed relatively easily at the same time, and the manufacturing efficiency is further improved.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0032]
(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 is a plan view and a cross-sectional view of FIG.
[0033]
As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is composed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in the present embodiment, and a plurality of pressure generating chambers 12 formed by anisotropic etching on one surface thereof. Are juxtaposed in the width direction. Further, a part of a reservoir that is in communication with a reservoir portion 32 of the sealing substrate 30 (described later) and a penetrating portion 51 and serves as a common ink chamber for each pressure generation chamber 12 is formed outside the pressure generation chamber 12 in the longitudinal direction. A communicating portion 13 is formed and communicates with one end portion in the longitudinal direction of each pressure generating chamber 12 via an ink supply path 14.
[0034]
Further, one surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and an elastic film 50 having a thickness of 1 to 2 μm made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation is formed on the other surface.
[0035]
Here, the anisotropic etching is performed by utilizing the difference in etching rate of the silicon single crystal substrate. For example, in this embodiment, when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is gradually eroded, and the first (111) plane. And a second (111) plane that forms an angle of about 70 degrees with the (110) plane and an angle of about 35 degrees appears, and the (111) plane is compared with the etching rate of the (110) plane. This is performed using the property that the etching rate is about 1/180. By this anisotropic etching, precision processing can be performed based on the parallelogram depth processing formed by two first (111) surfaces and two oblique second (111) surfaces. The pressure generating chambers 12 can be arranged with high density.
[0036]
In the present 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 generation chamber 12 is formed by etching until it substantially passes through the flow path forming substrate 10 and reaches the elastic film 50. Here, the amount of the elastic film 50 that is affected by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small. In addition, each ink supply path 14 communicating with one end of each pressure generation chamber 12 is formed shallower than the pressure generation chamber 12, and the flow path resistance of the ink flowing into the pressure generation chamber 12 is kept constant. That is, the ink supply path 14 is formed by etching the silicon single crystal substrate halfway in the thickness direction (half etching). Half etching is performed by adjusting the etching time.
[0037]
The thickness of the flow path forming substrate 10 on which such pressure generation chambers 12 and the like are formed is preferably selected in accordance with the density at which the pressure generation chambers 12 are disposed. For example, when the pressure generating chambers 12 are arranged at about 180 (180 dpi) per inch, the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably about 180 to 280 μm, more preferably about 220 μm. is there. For example, when the pressure generating chambers 12 are arranged at a relatively high density of about 360 dpi, the thickness of the flow path forming substrate 10 is preferably 100 μm or less. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition between adjacent pressure generation chambers 12. In the present embodiment, since the pressure generation chamber 12 is arranged at 360 dpi, the thickness of the flow path forming substrate 10 is 70 μm.
[0038]
Further, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the side opposite to the ink supply path 14 of each pressure generating chamber 12 on the opening surface side of the flow path forming substrate 10 is an adhesive, a heat-welded film, or the like. It is fixed through. The nozzle plate 20 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 to 4.5 [× 10 ⁻⁶ / ° C.], or Made of non-rust steel. The nozzle plate 20 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 on one surface, and also serves as a reinforcing plate that protects the silicon single crystal substrate from impact and external force. Further, the nozzle plate 20 may be formed of a material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the flow path forming substrate 10. In this case, since the deformation by heat of the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 becomes substantially the same, it is possible to easily join using a thermosetting adhesive or the like.
[0039]
Here, the size of the pressure generation chamber 12 that applies ink droplet discharge pressure to the ink and the size of the nozzle opening 21 that discharges the ink droplet are optimized according to the amount of ink droplet to be discharged, the discharge speed, and the discharge frequency. The For example, when recording 360 ink droplets per inch, the nozzle opening 21 needs to be accurately formed with a diameter of several tens of μm.
[0040]
On the other hand, on the elastic film 50 opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10, a lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.2 μm and a piezoelectric layer having a thickness of, for example, about 1 μm. 70 and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are laminated by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the driving IC and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.
[0041]
Further, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) is connected to the vicinity of one longitudinal end of the upper electrode film 80 that is an individual electrode of the piezoelectric element 300, and the lead electrode 90 is connected to the flow path forming substrate 10. It is pulled out to the vicinity of the end portion. Although not shown, the lead electrode 90 is connected to a drive IC or the like for driving the piezoelectric element 300.
[0042]
A discontinuous lower electrode film 61, a discontinuous piezoelectric layer 71, and a discontinuous upper electrode film that are discontinuous with the piezoelectric element 300 are formed on the elastic film 50 in a region corresponding to the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10. 81 is left, and a penetrating portion 51 that communicates the communicating portion 13 with a reservoir portion 31 of the sealing substrate 30 described later is provided so as to penetrate these plural layers.
[0043]
In addition, a sealing substrate having a piezoelectric element holding portion 31 capable of sealing the space is secured on the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate 10 in a state where a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is secured. The piezoelectric element 300 is sealed in the piezoelectric element holding portion 31.
[0044]
In addition, the sealing substrate 30 has a through-hole penetrating in the thickness direction, for example, in this embodiment, a reservoir portion constituting at least a part of the reservoir 100 that is a common ink chamber of the plurality of pressure generating chambers 12. 32 is provided. The reservoir portion 32 penetrates the sealing substrate 30 in the thickness direction and is formed across the width direction of the pressure generation chamber 12. As described above, the communication portion 13 and the penetration portion 51 of the flow path forming substrate 10. The reservoir 100 is configured to communicate with each other.
[0045]
Here, the reservoir portion 32 of the sealing substrate 30 includes a wet etching portion 32a formed by anisotropic wet etching and a dry etching portion 32b formed by dry etching. For example, in the present embodiment, both opening portions of the reservoir portion 32 are constituted by the wet etching portion 32a, and a portion between the wet etching portions 32a is constituted by the dry etching portion 32b. That is, the wet etching part 32a of both opening parts is connected by the dry etching part 32b.
[0046]
Although details will be described later, with such a configuration, the pressure generation chamber 12 and the like of the flow path forming substrate 10 and the reservoir portion 32 of the sealing substrate 30 can be formed relatively easily. Can be reduced.
[0047]
The material of the sealing substrate 30 is not particularly limited as long as it is a material that can form the reservoir portion 32 that is a penetrating portion with relatively high accuracy by anisotropic wet etching and dry etching. It is preferable to use substantially the same material as the thermal expansion coefficient of the formation substrate 10. In the present embodiment, a silicon single crystal substrate having a thickness of about 400 μm is used.
[0048]
On the flow path forming substrate 10 of the sealing substrate 30, for example, a protective film 110 made of silicon dioxide (SiO ₂ ) and serving as a mask when forming the reservoir portion 32 is formed.
[0049]
A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded to a region corresponding to the reservoir portion 32 of the protective film 110. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm). The sealing film 41 seals one surface of the reservoir portion 32. It has been stopped. The fixing plate 42 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the region of the fixing plate 42 facing the reservoir 100 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 100 is sealed only with a flexible sealing film 41. Thus, the flexible portion 33 can be deformed by a change in internal pressure.
[0050]
The ink jet recording head configured in this way takes in ink from an external ink supply means (not shown), fills the interior from the reservoir 100 to the nozzle opening 21, and then fills the inside with an upper electrode according to a recording signal from a drive circuit or the like. A voltage is applied between the film 80 and the lower electrode film 60 to cause the elastic film 50, the lower electrode film 60, and the piezoelectric layer 70 to bend and deform, so that the pressure in the pressure generating chamber 12 is increased and ink is discharged from the nozzle opening 21. Drops are ejected.
[0051]
Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 to 5 are cross-sectional views of the pressure generating chamber 12 in the longitudinal direction.
[0052]
First, as shown in FIG. 3A, a single-crystal silicon substrate wafer to be the flow path forming substrate 10 is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C., and an elastic film 50 made of silicon dioxide on each of both surfaces and A protective film 55 is formed.
[0053]
Next, as shown in FIG. 3B, the lower electrode film 60 is formed on the entire surface of the elastic film 50 by sputtering and patterned into a predetermined shape. For example, in the present embodiment, the lower electrode film 60 is patterned into a predetermined shape in the region where the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10 is formed, and the piezoelectric element 300 is configured in the region where the communication portion 13 is formed. The discontinuous lower electrode film 61 that is discontinuous with the lower electrode film 60 is left.
[0054]
As a material of the lower electrode film 60, platinum or the like is suitable. This is because a piezoelectric layer 70 described later formed by sputtering or sol-gel method needs to be crystallized by firing at a temperature of about 600 to 1000 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. Because. 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, particularly when lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric layer 70. It is desirable that the conductivity change due to diffusion of lead oxide is small, and for these reasons, platinum, iridium, or a multilayer film thereof is preferable.
[0055]
Next, as shown in FIG. 3C, the piezoelectric layer 70 is formed over the lower electrode film 60 and the discontinuous lower electrode film 61. For example, in the present embodiment, a so-called sol-gel method is obtained in which a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a catalyst is applied and dried to be gelled, and further baked at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. Formed using. As a material of the piezoelectric layer 70, a PZT material is suitable when used for an ink jet recording head. The method for forming the piezoelectric layer 70 is not particularly limited. For example, the piezoelectric layer 70 may be formed by a spin coating method such as a sputtering method or a MOD method (organic metal thermal coating decomposition method).
[0056]
Further, after forming a lead zirconate titanate precursor film by a sol-gel method, sputtering method, MOD method, or the like, a method of crystallizing at a low temperature by a high-pressure treatment method in an alkaline aqueous solution may be used.
[0057]
In any case, the piezoelectric layer 70 thus formed has crystals preferentially oriented unlike a bulk piezoelectric body, and in this embodiment, the piezoelectric layer 70 is formed in a columnar shape. Has been. Note that the preferential orientation refers to a state in which the orientation direction of the crystal is not disordered and a specific crystal plane is oriented in a substantially constant direction. The columnar thin film is a state in which substantially cylindrical crystals are aggregated over the surface direction in a state where the central axis substantially coincides with the thickness direction to form a thin film. Of course, it may be a thin film formed of preferentially oriented granular crystals. Note that the thickness of the piezoelectric layer manufactured in this way in the thin film process is generally 0.2 to 5 μm.
[0058]
Next, as shown in FIG. 3D, an upper electrode film 80 is formed on the piezoelectric layer 70. The upper electrode film 80 may be made of a highly conductive material, and many metals such as aluminum, gold, nickel, platinum, iridium, and conductive oxides can be used. In this embodiment, the platinum film is formed by sputtering.
[0059]
Next, as shown in FIG. 4A, only the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film 80 are etched to pattern the piezoelectric element 300, and at the same time, the protective film 55 is patterned by etching to form the pressure generating chamber 12. The opening 55a is formed in a region where the communication portion 13 and the ink supply path 14 are formed. At this time, a discontinuous piezoelectric layer 71 and a discontinuous upper electrode film 81 discontinuous with the piezoelectric element 300 are left on the discontinuous lower electrode film 60.
[0060]
Next, as shown in FIG. 4B, the lead electrode 90 is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10 and patterned for each piezoelectric element 300.
[0061]
Next, as illustrated in FIG. 4C, the sealing substrate 30 is bonded to the surface of the flow path forming substrate 10 on the piezoelectric element 300 side with an adhesive or the like.
[0062]
Here, on the sealing substrate 30, the first reservoir forming recess 35 that becomes a part of the reservoir portion 32 is formed by anisotropic wet etching on the joint surface side with the flow path forming substrate 10 together with the piezoelectric element holding portion 31. It is formed in advance. The first reservoir forming concave portion 35 is preferably formed at the same time as the piezoelectric element holding portion 31 is formed by anisotropic wet etching.
[0063]
In addition, a protective film 110 made of, for example, silicon dioxide (SiO ₂ ) and having an opening 111 in a region where the reservoir portion 32 is formed is provided on the surface of the sealing substrate 30 opposite to the flow path forming substrate 10. It is formed in advance. The protective film 110 serves as a mask when the reservoir portion 32 is formed by etching the sealing substrate 30, and the formation method is not particularly limited. For example, in this embodiment, the sealing substrate 30 is formed by thermal oxidation.
[0064]
After the sealing substrate 30 is bonded to the flow path forming substrate 10, anisotropic wet etching of the silicon single crystal substrate with the alkali solution described above is performed. That is, as shown in FIG. 5A, the pressure generating chamber 12, the communicating portion 13, and the ink supply path 14 are formed by anisotropically etching the flow path forming substrate 10 through the opening 55a of the protective film 55. To do. At the same time, the sealing substrate 30 is etched through the opening 111 of the protective film 110 to form the second reservoir forming recess 36.
[0065]
The depth of the second reservoir forming recess 36 may be a depth that does not allow the second reservoir forming recess 35 to communicate with the first reservoir forming recess 35, but in this embodiment, it is formed simultaneously with the pressure generating chamber 12. Therefore, the depth of the second reservoir forming recess 36 is substantially the same as that of the pressure generating chamber 12.
[0066]
Next, as shown in FIG. 5B, the sealing substrate 30 between the first reservoir forming recess 35 and the second reservoir forming recess 36 is dry-etched, whereby these first reservoirs A communication portion 37 that connects the formation recess 35 and the second reservoir formation recess 36 is formed. As a result, the reservoir portion 32 including the wet etching portion 32a (35, 36) and the dry etching portion 32b (37) is formed.
[0067]
As described above, in this embodiment, after the pressure generation chamber 12 is formed in the flow path forming substrate 10, the through hole of the sealing substrate 30, in this embodiment, the reservoir portion 32 is penetrated. When forming 12 by anisotropic wet etching, it is not necessary to provide a protective plate made of, for example, stainless steel or a silicon single crystal substrate on the sealing substrate 30. Thereby, while being able to reduce material cost, since a work process reduces, manufacturing cost can be reduced significantly.
[0068]
In the present embodiment, the piezoelectric element holding portion 31 and the first reservoir forming recess 35 are formed simultaneously, and the pressure generating chamber 12 and the second reservoir forming recess 36 are formed simultaneously. Therefore, manufacturing efficiency can be further improved.
[0069]
After that, as shown in FIG. 5C, a through hole 51 penetrating the elastic film 50, the discontinuous lower electrode film 61, the discontinuous piezoelectric layer 71, and the discontinuous upper electrode film 81 is formed, and the communication portion 13 and the reservoir portion 32 are communicated to form the reservoir 100.
[0070]
Then, the nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the piezoelectric element 300 is joined by an adhesive or the like, and the sealing film 41 and the fixing plate are formed on the reservoir forming substrate 30. An ink jet recording head is obtained by bonding a compliance substrate 40 composed of 42.
[0071]
(Other embodiments)
While the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to that described above.
[0072]
For example, in the above-described embodiment, the thin film type ink jet recording head manufactured by applying the film forming and lithography processes is taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, a green sheet is pasted. The present invention can also be applied to a thick film type ink jet recording head formed by such a method.
[0073]
In addition, the ink jet recording head of each of these embodiments constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 6 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.
[0074]
As shown in FIG. 6, in the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head, cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided, 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 body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively.
[0075]
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus 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 conveyed on the platen 8. It is like that.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the through hole of the bonding substrate is configured by the wet etching part formed by anisotropic wet etching and the dry etching part formed by dry etching. Since there is no need to provide a protective plate or the like when forming, material costs can be reduced. In addition, since it is not necessary to provide a protective plate or the like, the number of work steps is reduced, so that the manufacturing cost can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a first embodiment of the invention.
2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ink jet recording head according to the first embodiment of the invention.
FIG. 6 is a schematic view of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate 12 Pressure generating chamber 20 Nozzle plate 21 Nozzle opening 30 Sealing board | substrate 31 Piezoelectric element holding | maintenance part 32 Reservoir part 32a Wet etching part 32b Dry etching part 40 Compliance substrate 60 Lower electrode film 70 Piezoelectric layer 80 Upper electrode film 90 Lead electrode 100 Reservoir

Claims

A flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening is defined; and a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on one surface side of the flow path forming substrate via a vibration plate A through hole penetrating in the thickness direction and having a piezoelectric element holding portion that seals the space in a state of securing a space that is bonded to the piezoelectric element side of the flow path forming substrate and does not hinder the movement of the piezoelectric element A method of manufacturing an ink jet recording head comprising a sealing substrate having holes,
A step of forming the diaphragm and the piezoelectric element on the flow path forming substrate, and a first through hole forming concave portion constituting a part of the through hole on a joint surface side with the flow path forming substrate. Bonding the sealing substrate to the flow path forming substrate, forming the pressure generating chamber in the flow path forming substrate by anisotropic wet etching, and joining the sealing substrate to the flow path forming substrate; Forming a second through-hole forming recess forming a part of the through-hole on the opposite surface side, and dry-etching the sealing substrate to form the first through-hole forming recess and the second And a step of forming the through hole by communicating with a through hole forming concave portion of the ink jet recording head.

2. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the first through hole forming recess of the sealing substrate is formed by anisotropic wet etching.