JP2000006399A

JP2000006399A - インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置

Info

Publication number: JP2000006399A
Application number: JP17943898A
Authority: JP
Inventors: Shiro Yazaki; 士郎矢崎; Yutaka Furuhata; 豊古畑
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】振動板の変形量の向上を図ったインクジェッ
ト式記録ヘッド及びインクジェット式記録ヘッドを提供
する。【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２の
一部を構成する弾性膜５０と、該弾性膜５０上に設けら
れた下電極６０と、該下電極６０上に形成された圧電体
層７０と、該圧電体層７０の表面に形成された上電極８
０とを備え、前記圧力発生室１２に対応する領域に前記
下電極６０、前記圧電体層７０及び前記上電極８０から
なる圧電振動子を形成したインクジェット式記録ヘッド
において、前記圧電振動子は、少なくとも前記上電極８
０が除去された凹部３２５を有することにより、長手方
向の張力が緩和して振動板の変形量が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を弾性膜で構
成し、この弾性膜の表面に圧電体層を形成して、圧電体
層の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッド及び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
電振動子により変形させて圧力発生室のインクを加圧し
てノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット
式記録ヘッドには、圧電振動子の軸方向に伸長、収縮す
る縦振動モードの圧電振動子を使用したものと、たわみ
振動モードの圧電振動子を使用したものの２種類が実用
化されている。

【０００３】前者は圧電振動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、圧電振動子をノズル開口の配列ピッチに一致させて
櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられ
た圧電振動子を圧力発生室に位置決めして固定する作業
が必要となり、製造工程が複雑であるという問題があ
る。

【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振動子を
作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する
関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困
難であるという問題がある。

【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薄膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電振動子を形成したものが提案
されている。

【０００６】これによれば圧電振動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振動子を作り付けることができる
ばかりでなく、圧電振動子の厚みを薄くできて高速駆動
が可能になるという利点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、振動板
の上面に圧電体層及び上電極が形成されているため、振
動板はこれら圧電体層等から応力を受け、圧電振動子の
駆動による振動板の変形が妨げられるという問題があ
る。

【０００８】そこで、圧電振動子の幅方向においては、
圧電振動子の幅方向両側の下電極を除去することによ
り、振動板の変形量の向上が図られているが、長手方向
においては、現状では特に対策が図られていない。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑み、振動板の
変形量の向上を図ったインクジェット式記録ヘッド及び
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。

【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の
一部を構成する弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下電
極と、該下電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層
の表面に形成された上電極とを備え、前記圧力発生室に
対応する領域に前記下電極、前記圧電体層及び前記上電
極からなる圧電振動子を形成したインクジェット式記録
ヘッドにおいて、前記圧電振動子は、少なくとも前記上
電極が除去された凹部を有することを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッドにある。

【００１１】かかる第１の態様では、圧電振動子に凹部
を設けたことにより、長手方向の張力が低減され、弾性
膜及び下電極からなる振動板の変形量が向上される。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記凹部は複数個形成され、前記圧電振動子の前記
圧力発生室の長手方向端部近傍に対向する領域には、そ
の他の部分よりも前記凹部が相対的に密に形成されてい
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。

【００１３】かかる第２の態様では、前記圧力発生室の
長手方向端部に対応する領域の弾性膜及び下電極からな
る振動板並びに圧電振動子の圧電体層及び上電極の長手
方向端部の応力集中を防止することができる。

【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記凹部は、前記圧電振動子の幅方向の少な
くとも一部を残して前記圧電振動子の幅方向に亘って形
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。

【００１５】かかる第３の態様では、凹部を幅方向に設
けることによって、圧電振動子の長手方向の張力が効果
的に低減される。

【００１６】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記凹部は、前記圧電振動子の幅方向略中央部を残
して、相対向する幅方向両側に形成されているものを含
むことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。

【００１７】かかる第４の態様では、圧電振動子の幅方
向中央の残留部分を介して、圧電振動子全体に電圧が供
給される本発明の第５の態様は、第３又は４の態様にお
いて、前記凹部は、前記圧電振動子の幅方向両側縁部を
残して、幅方向中央部に形成されているものを含むこと
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１８】かかる第５の態様では、圧電振動子の幅方
向両側縁部の残留部分を介して圧電振動子全体に電圧が
供給される。

【００１９】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記凹部は、前記上電極を貫通して前
記圧電体層の少なくとも一部まで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。

【００２０】かかる第６の態様では、凹部に対応する部
分の上電極及び圧電体層が除去されて張力が低減し、振
動板の変形量が向上される。

【００２１】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
において、前記凹部は、前記上電極及び前記圧電体層を
貫通して前記下電極の少なくとも一部まで形成されてい
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。

【００２２】かかる第７の態様では、凹部に対応する部
分の下電極の一部が除去され、さらに、弾性膜及び下電
極からなる振動板の変形量が向上する。

【００２３】本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、前記圧電体層及び前記上電極が、長手
方向の一端部から前記圧力発生室に対向する領域外まで
延設されていることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドにある。

【００２４】かかる第８の態様では、圧力発生室に対向
する領域外で、上電極と外部配線とが接続される。

【００２５】本発明の第９の態様は、第１〜８の何れか
の態様において、前記圧電体層及び前記上電極からなる
圧電体能動部が前記圧力発生室に対向する領域内に設け
られ且つ当該前記圧力発生室に対向する領域内に当該圧
電体能動部へ電圧を印加するための導電体膜と当該圧電
体能動部との接続部となるコンタクト部を有することを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００２６】かかる第９の態様では、コンタクト部を介
して圧電体能動部を駆動することができる。

【００２７】本発明の第１０の態様は、第９の態様にお
いて、前記圧電体能動部の上面には絶縁体層が形成さ
れ、前記コンタクト部は当該絶縁体層に形成されたコン
タクトホール内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。

【００２８】かかる第１０の態様では、コンタクトホー
ル内にコンタクト部が形成される。

【００２９】本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何
れかの態様において、前記凹部は、前記圧力発生室の形
成前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。

【００３０】かかる第１１の態様では、圧力発生室形成
時に圧電振動子の長手方向の張力が、凹部により緩和さ
れる。

【００３１】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、前記圧電振動
子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたも
のであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
にある。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】かかる第１３の態様では、ヘッドのインク
吐出性能を向上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。

【００３５】

【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。

【００３６】（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組立斜視図
であり、図２は、平面図及びその１つの圧力発生室の長
手方向における断面構造を示す図である。

【００３７】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３
００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８
０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。

【００３８】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０．１〜２μｍの弾性膜５０が形成
されている。

【００３９】一方、流路形成基板１０の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
ノズル開口１１、圧力発生室１２が形成されている。

【００４０】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々
に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面
と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且
つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１
１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレート
と比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１
８０であるという性質を利用して行われるものである。
かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１
１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成され
る平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行う
ことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することが
できる。

【００４１】本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺
を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で
形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１
０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。なお、弾性膜５０は、シ
リコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵さ
れる量がきわめて小さい。

【００４２】一方、各圧力発生室１２の一端に連通する
各ノズル開口１１は、圧力発生室１２より幅狭で且つ浅
く形成されている。すなわち、ノズル開口１１は、シリ
コン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハー
フエッチング）することにより形成されている。なお、
ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行わ
れる。

【００４３】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口１１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口１１は数十μｍの溝幅で精度よく形成する必要
がある。

【００４４】また、各圧力発生室１２と後述する共通イ
ンク室３１とは、後述する封止板２０の各圧力発生室１
２の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク
供給連通口２１を介して連通されており、インクはこの
インク供給連通口２１を介して共通インク室３１から供
給され、各圧力発生室１２に分配される。

【００４５】封止板２０は、前述の各圧力発生室１２に
対応したインク供給連通口２１が穿設された、厚さが例
えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下
で、例えば２．５〜４．５［×１０^-6／℃］であるガラ
スセラミックスからなる。なお、インク供給連通口２１
は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各圧力発生室１
２のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット
孔２１Ａでも、あるいは複数のスリット孔２１Ｂであっ
てもよい。封止板２０は、一方の面で流路形成基板１０
の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外
力から保護する補強板の役目も果たす。また、封止板２
０は、他面で共通インク室３１の一壁面を構成する。

【００４６】共通インク室形成基板３０は、共通インク
室３１の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、イ
ンク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を
打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共
通インク室形成基板３０の厚さは、０．２ｍｍとしてい
る。

【００４７】インク室側板４０は、ステンレス基板から
なり、一方の面で共通インク室３１の一壁面を構成する
ものである。また、インク室側板４０には、他方の面の
一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成するこ
とにより薄肉壁４１が形成され、さらに、外部からのイ
ンク供給を受けるインク導入口４２が打抜き形成されて
いる。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生す
るノズル開口１１と反対側へ向かう圧力を吸収するため
のもので、他の圧力発生室１２に、共通インク室３１を
経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
本実施形態では、インク導入口４２と外部のインク供給
手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側
板４０を０．２ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍ
の薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄
肉壁４１の形成を省略するために、インク室側板４０の
厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。

【００４８】一方、流路形成基板１０の開口面とは反対
側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．５μｍ
の下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜
７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０と
が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電振動子
（圧電素子）３００を構成している。ここで、圧電振動
子３００は、下電極膜６０、圧電体膜７０、及び上電極
膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電振動子３０
０の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び
圧電体膜７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして
構成する。そして、ここではパターニングされた何れか
一方の電極及び圧電体膜７０から構成され、両電極への
電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部
３２０という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電振
動子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電振動子
３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合
でこれを逆にしても支障はない。何れの場合において
も、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されているこ
とになる。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電
極膜６０が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜
を兼ねるようにしてもよい。

【００４９】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板１０上に、圧電体膜７０等を形成するプロセス
を図４を参照しながら説明する。

【００５０】図４（ａ）に示すように、まず、流路形成
基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１０
０℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜５０を形成する。

【００５１】次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタ
リング法で下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材
料としては、Ｐｔ等が好適である。これは、スパッタリ
ング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０
は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜
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、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合
には、ＰｂＯの拡散による導電性の変化が少ないことが
望ましく、これらの理由からＰｔが好適である。

【００５２】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体膜
７０を成膜する。本実施形態では、金属有機物を溶媒に
溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、
さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体
膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成し
た。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット式記録ヘッドに
使用する場合には好適である。なお、この圧電体膜７０
の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリン
グ法で形成してもよい。

【００５３】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりＰＺＴ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。

【００５４】次に、図４（ｄ）に示すように、上電極膜
８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料で
あればよく、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の多くの金属
や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、Ｐ
ｔをスパッタリング法により成膜している。

【００５５】次に、図５に示すように、下電極膜６０、
圧電体膜７０及び上電極膜８０をパターニングする。

【００５６】まず、図５（ａ）に示すように、下電極膜
６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を一緒にエッチン
グして下電極膜６０の全体パターンをパターニングす
る。次いで、図５（ｂ）に示すように、圧電体膜７０及
び上電極膜８０のみをエッチングして圧電体能動部３２
０のパターニングを行う。

【００５７】本実施形態では、以上のようにパターニン
グした圧電体能動部３２０に、図６に示すように、圧電
体能動部３２０の幅方向中央部を除いて、幅方向に溝状
に延びる複数の凹部３２５を、圧電体能動部３２０のパ
ターニングと同様にドライエッチング等により形成す
る。この凹部３２５は、圧電体能動部３２０の長手方向
の張力を緩和し、圧電体能動部３２０を駆動の際の振動
板の変形を向上するためのものである。なお、図６は、
本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を
示す平面図及び断面図である。

【００５８】図示するように、凹部３２５は、圧力発生
室１２に対向する領域の圧電体能動部３２０の長手方向
に所定の間隔で複数個形成されている。そして、これら
の凹部３２５は、圧電体能動部３２０の幅方向略中央の
一部を残して、上電極膜８０及び圧電体膜７０を除去す
ることにより、幅方向に亘って形成されている。

【００５９】また、本実施形態では、このような凹部３
２５は、圧力発生室１２の長手方向中央部よりも、端部
近傍に相対的に密に形成されている。すなわち、端部近
傍の方が中央部よりも圧電体膜７０が除去された割合が
高くなっている。したがって、圧電体能動部３２０の端
部近傍の張力が緩和され易く、圧力発生室１２の端部で
の振動板及び圧電体能動部３２０への応力集中の緩和が
図られている。したがって、圧電体能動部３２０の駆動
の際の振動板の変形量が向上し、良好なインク吐出を実
現できる。

【００６０】このような凹部３２５を形成した後は、流
路形成基板１０にエッチング等により、圧力発生室１２
を形成するが、本実施形態では、圧電体能動部３２０に
凹部３２５を形成したことにより、振動板の初期撓みが
低減され、さらに振動板の変形量を向上することができ
る。

【００６１】図７は、インクジェット式記録ヘッドに圧
力発生室１２を形成する際の振動板の状態を模式的に示
した図である。

【００６２】本実施形態では、図７（ａ）に示すよう
に、圧電体能動部３２０の凹部３２５に対応する部分の
圧電体膜７０は除去されている。そのため、圧力発生室
１２を形成すると、圧電体膜７０の引張り応力が開放さ
れる力（収縮方向の力）の影響により、圧電体能動３２
０が下に凸に変形するものの、圧電体膜７０が除去され
ている凹部３２５に対応する部分の弾性膜５０ａ及び下
電極膜６０ａは、圧電体膜７０の応力の影響を受けるこ
とがない。したがって、弾性膜５０ａ及び下電極膜６０
ａには、初期撓みが低減される力、好適には、上に凸に
変形する力が作用する。したがって、圧電体能動部３２
０全体としても、弾性膜５０ａ及び下電極膜６０ａが受
ける力の影響により初期撓み量が低減される。一方、圧
電体能動部３２０に凹部３２５を設けない場合には、圧
力発生室１２を形成すると、図７（ｂ）に示すように、
弾性膜５０及び下電極膜６０は、全面で圧電体膜７０か
ら収縮しようとする力を受け、結果的に、下電極膜６０
及び弾性膜５０からなる振動板は、下に凸に変形され、
これが初期変形として残留する。

【００６３】このように、本実施形態では、圧電体能動
部３２０に凹部３２５を設けることにより、圧電体能動
部３２０の長手方向の張力を低減すると共に、振動板の
初期撓み量を低減して、圧電体能動部３２０の駆動によ
る振動板の変形量を向上している。

【００６４】なお、本実施形態では、凹部を幅方向両側
から溝状に形成したが、少なくとも上電極膜８０の一部
が連結されていれば、形状は特に限定されない。例え
ば、凹部３２６は、図８（ａ）に示すように、幅方向両
側の縁部を残して、幅方向に亘って形成するようにして
もよい。また、例えば、図８（ｂ）及び（ｃ）に示すよ
うに、凹部３２５及び３２６をそれぞれ圧電体能動部３
２０の長手方向の寸法を長く形成した凹部３２５Ａ，３
２６Ａとしてもよい。

【００６５】上述のように、本実施形態では圧力発生室
１２の長手方向端部に対応する領域の圧電体能動部３２
０に、凹部３２５を中央部より相対的に密に形成してい
るが、例えば、圧電体能動部３２０の中央部に凹部３２
５又は３２６を形成し、長手方向端部近傍に凹部３２５
Ａ又は３２６Ａを形成し、相対的に圧電体膜７０を除去
した面積を変化させてもよい。

【００６６】何れにしても、このような凹部３２５及び
３２６の設計は、圧電体層７０に残留する内部応力、す
なわち、圧電体層７０の厚さ、圧電体能動部３２０の
幅、圧力発生室１２の幅等に大きく依存するので、これ
らを考慮して最適値を決定する必要がある。例えば、圧
電体能動部３２０の面積の１０％程度を凹部３２５又は
３２６とした場合、すなわち、上電極膜８０及び圧電体
膜７０を除去した場合には、変形量が１０％程度向上す
ることが確認された。

【００６７】なお、上述のように、圧電体能動部３２０
幅方向に凹部３２５を形成しても、圧電体能動部３２０
の幅方向の応力が緩和されることはないため、圧電体能
動部３２０の駆動による振動板の変形量の低下は発生し
ない。

【００６８】以上の説明では、凹部３２５を形成後、圧
力発生室１２を形成するようにしたが、実際には、図２
に示すように、各上電極膜８０の上面の少なくとも周
縁、及び圧電体膜７０および下電極膜６０の側面を覆う
ように電気絶縁性を備えた絶縁体層９０を形成し、さら
に、絶縁体層９０の各圧電体能動部３２０の一端部に対
応する部分の上面を覆う部分の一部にはリード電極１０
０と接続するために上電極膜８０の一部を露出させるコ
ンタクトホール９０ａを形成し、このコンタクトホール
９０ａを介して各上電極膜８０に一端が接続し、また他
端が接続端子部に延びるリード電極１００を形成するよ
うにしてもよい。ここで、リード電極１００は、駆動信
号を上電極膜８０に確実に供給できる程度に可及的に狭
い幅となるように形成するのが好ましい。なお、本実施
形態では、コンタクトホール９０ａは、圧力発生室１２
の周壁に対向する位置に設けられているが、圧電体能動
部３２０を圧力発生室１２に対向する領域内にパターニ
ングし、圧力発生室１２に対向する位置にコンタクトホ
ール９０ａを設けてもよい。

【００６９】また、以上説明した一連の膜形成及び異方
性エッチングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時
に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチ
ップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。また、分
割した流路形成基板１０を、封止板２０、共通インク室
形成基板３０、及びインク室側板４０と順次接着して一
体化し、インクジェット式記録ヘッドとする。

【００７０】このように構成したインクジェットヘッド
は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導
入口４２からインクを取り込み、共通インク室３１から
ノズル開口１１に至るまで内部をインクで満たした後、
図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、リー
ド電極１００を介して下電極膜６０と上電極膜８０との
間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電
体膜７０をたわみ変形させることにより、圧力発生室１
２内の圧力が高まりノズル開口１１からインク滴が吐出
する。

【００７１】（実施形態２）図９は、実施形態２に係る
インクジェット式記録ヘッドの断面図である。

【００７２】本実施形態では、図９に示すように、凹部
３２５が上電極膜８０及び圧電体膜７０を貫通し、さら
に下電極膜６０の厚さ方向の一部まで除去されている以
外は、実施形態１と同様である。

【００７３】このように、本実施形態では、凹部３２５
が下電極膜６０の厚さ方向の一部まで除去されているこ
とにより、圧電体能動部３２０の長手方向の張力がさら
に緩和される。また、圧力発生室１２を形成する際に
は、下電極膜６０の一部を除去したことにより、下電極
膜６０の内部応力の一部が開放されて、振動板を上に凸
に変形する方向に力が作用し、さらに振動板の初期撓み
量が低減される。したがって、圧電体能動部３２０の駆
動による振動板の変形量をさらに向上することができ
る。

【００７４】（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。

【００７５】例えば、上述の実施形態では、凹部３２５
は、少なくとも上電極膜８０及び圧電体膜７０が除去さ
れているが、これに限定されず、例えば、上電極膜８０
のみを除去するようにしてもよい。このような構成で
は、圧力発生室１２を形成した際の振動板の初期撓み量
は変化しないものの、圧電体能動部３２０の長手方向の
張力は緩和される。したがって、このような構成であっ
ても、振動板の変形量を向上することができる。

【００７６】また、例えば、上述した封止板２０の他、
共通インク室形成板３０をガラスセラミックス製として
もよく、さらには、薄肉膜４１を別部材としてガラスセ
ラミックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由
である。

【００７７】また、上述した実施形態では、ノズル開口
を流路形成基板１０の端面に形成しているが、面に垂直
な方向に突出するノズル開口を形成してもよい。

【００７８】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図１０、その流路の断面を図１１にぞれぞれ示す。こ
の実施形態では、ノズル開口１１が圧電振動子とは反対
のノズル基板１２０に穿設され、これらノズル開口１１
と圧力発生室１２とを連通するノズル連通口２２が、封
止板２０，共通インク室形成板３０及び薄肉板４１Ａ及
びインク室側板４０Ａを貫通するように配されている。

【００７９】なお、本実施形態は、その他、薄肉板４１
Ａとインク室側板４０Ａとを別部材とし、インク室側板
４０に開口４０ｂを形成した以外は、基本的に上述した
実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略する。

【００８０】ここで、この実施形態においても、上述し
た実施形態と同様に、凹部を形成することにより、圧電
体能動部の長手方向の張力が緩和され、振動板の変形量
を向上することができる。

【００８１】また、勿論、共通インク室を流路形成基板
内に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも
同様に応用できる。

【００８２】また、以上説明した各実施形態は、成膜及
びリソグラフィプロセスを応用することにより製造でき
る薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、
勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積
層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシ
ートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を
形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成する
もの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本
発明を採用することができる。

【００８３】また、圧電振動子とリード電極との間に絶
縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例
えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜
を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続した
り、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング
技術を用いて接続したりする構成としてもよい。

【００８４】このように、本発明は、その趣旨に反しな
い限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。

【００８５】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１２
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。

【００８６】図１２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。

【００８７】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。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電体能動部の幅方向に亘って凹部を形成することによ
り、圧電体能動部の長手方向の張力を緩和させることが
できる。また、凹部の少なくとも上電極膜及び圧電体膜
が除去されている場合には、圧力発生室を形成する際の
振動板の初期撓み量も低減される。したがって、圧電体
能動部の駆動による振動板の変形量の向上を図ることが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドを示す図であり、図１の平面図及び断面図であ
る。

【図３】図１の封止板の変形例を示す図である。

【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
ある。

【図５】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
ある。

【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。

【図７】圧力発生室形成時の振動板の変形を模式的に示
した図である。

【図８】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す平面図である。

【図９】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。

【図１０】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分解斜視図である。

【図１１】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。

【図１２】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１１ノズル開口１２圧力発生室５０弾性膜６０下電極膜７０圧電体膜８０上電極膜９０絶縁体層１００リード電極３２０圧電体能動部３２５，３２６凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C057 AF40 AF52 AG09 AG12 AG32 AG41 AG42 AG75 AG84 AG85 AG91 AP02 AP12 AP14 AP31 AP32 AP34 AP52 AP58 AQ02 BA03 BA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口に連通する圧力発生室の一部
を構成する弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下電極
と、該下電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の
表面に形成された上電極とを備え、前記圧力発生室に対
応する領域に前記下電極、前記圧電体層及び前記上電極
からなる圧電振動子を形成したインクジェット式記録ヘ
ッドにおいて、前記圧電振動子は、少なくとも前記上電極が除去された
凹部を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッド。
【請求項２】請求項１において、前記凹部は複数個形
成され、前記圧電振動子の前記圧力発生室の長手方向端
部近傍に対向する領域には、その他の部分よりも前記凹
部が相対的に密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。
【請求項３】請求項１又は２において、前記凹部は、
前記圧電振動子幅方向の少なくとも一部を残して前記圧
電振動子の幅方向に亘って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。
【請求項４】請求項３において、前記凹部は、前記圧
電振動子の幅方向略中央部を残して、相対向する幅方向
両側に形成されているものを含むことを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッド。
【請求項５】請求項３又は４において、前記凹部は、
前記圧電振動子の幅方向両側縁部を残して、幅方向中央
部に形成されているものを含むことを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。
【請求項６】請求項１〜５の何れかにおいて、前記凹
部は、前記上電極を貫通して前記圧電体層の少なくとも
一部まで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。
【請求項７】請求項１〜６の何れかにおいて、前記凹
部は、前記上電極及び前記圧電体層を貫通して前記下電
極の少なくとも一部まで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。
【請求項８】請求項１〜７の何れかにおいて、前記圧
電体層及び前記上電極が、長手方向の一端部から前記圧
力発生室に対向する領域外まで延設されていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項９】請求項１〜８の何れかにおいて、前記圧
電体層及び前記上電極からなる圧電体能動部が前記圧力
発生室に対向する領域内に設けられ且つ当該前記圧力発
生室に対向する領域内に当該圧電体能動部へ電圧を印加
するための導電体膜と当該圧電体能動部との接続部とな
るコンタクト部を有することを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッド。
【請求項１０】請求項９において、前記圧電体能動部
の上面には絶縁体層が形成され、前記コンタクト部は当
該絶縁体層に形成されたコンタクトホール内に形成され
ていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１１】請求項１〜１０の何れかにおいて、前
記凹部は、前記圧力発生室の形成前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。
【請求項１２】請求項１〜１１の何れかにおいて、前
記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチング
により形成され、前記圧電振動子の各層が成膜及びリソ
グラフィ法により形成されたものであることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１３】請求項１〜１２の何れかのインクジェ
ット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジ
ェット式記録装置。