JP2000117990A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法及びプリンタ装置 - Google Patents

インクジェット記録ヘッド及びその製造方法及びプリンタ装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は圧力室の一壁部として設けられた振動
板をインク吐出エネルギー発生部を用いて振動させるこ
とによりインクを吐出させるインクジェット記録ヘッド
及びその製造方法及びプリンタ装置に関し、高信頼性を
維持しつつ消費電力の低減を図ることを課題とする。 【解決手段】インクを吐出するノズル31に対応して設
けられ複数の圧力室29(インク室)が形成されてなる
本体部28と、この本体部28に配設されることにより
圧力室29の一の壁面を構成する振動板23と、圧力室
29の形成位置と対応する振動板23上に配設されて該
振動板23を変形付勢することにより圧力室29内のイ
ンクをノズル31から吐出させるエネルギー発生部32
Aとを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記
振動板23及びインク吐出エネルギー発生部32Aを薄
膜形成技術を用いて形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
ヘッド及びその製造方法及びプリンタ装置に係り、特に
圧力室の一壁部として設けられた振動板をインク吐出エ
ネルギー発生部を用いて振動させることによりインクを
吐出させるインクジェット記録ヘッド及びその製造方法
及びプリンタ装置に関する。
【0002】近年、パーソナルコンピュータの外部出力
装置として、プリンタ装置が汎用されている。このプリ
ンタ装置は、ワイヤ駆動方式のものと、インクジェット
方式のものが一般的である。インクジェット方式のプリ
ンタ装置に用いるインクジェット記録ヘッドは、ワイヤ
を磁気駆動してインクリボン及び用紙を介してプラテン
に押圧することで印字を行うヘッドに比べ、騒音が発生
せずオフィス内での使用に適しているとして注目されて
いる。
【0003】
【従来の技術】従来のインクジェット記録ヘッドは、ノ
ズル、インク室、インク供給系、インクタンク、トラン
スジューサを備え、トランスジューサで発生した変位・
圧力をインク室に伝達することによってノズルからイン
ク粒子を噴射させ、紙等の記録媒体上に文字や画像を記
録する。
【0004】一般に良く知られている方式は、トランス
ジューサとしてインク室の外壁に片面全体が接着された
薄板状の圧電素子を用いる。この圧電素子にパルス状の
電圧を加え、圧電素子とインク室外壁からなる複合板を
撓ませ、撓みによって生じた変位・圧力をインク室の外
壁を介してインク室内に伝達するものである。図1は、
インクジェット記録ヘッド2を設けたプリンタ装置(イ
ンクジェット記録装置)の側面図である。図中、1は記
録媒体であり、プリンタ装置によって印字等の処理が施
される。2はインクジェット記録ヘッドであり記録媒体
1にインクを噴射する。3はインクタンクであり、イン
クジェット記録ヘッド2にインクを供給する。4はキャ
リッジであり、インクジェット記録ヘッド2とインクタ
ンク3を搭載している。
【0005】5は送りローラ、6はピンチローラであ
り、記録媒体1を挟持してインクジェット記録ヘッド2
へと搬送する。7は排出ローラ、8はピンチローラであ
り、記録媒体1を挟持して排出方向へと搬送する。9は
スタッカであり、排出された記録媒体1を収納する。1
0はプラテンであり、記録媒体1を押さえる。インクジ
ェット記録ヘッド2は、電圧を印加して圧電素子を伸縮
させることにより生じた圧力によってインクを噴射し、
これにより記録媒体1に印字等の処理を行なう構成とさ
れている。
【0006】このインクジェット記録ヘッド2の斜視断
面図を図2に示す。同図に示すように、インクジェット
記録ヘッド2は、複数の圧電体11と、この圧電体11
上に形成した個別電極12と、ノズル17が設けられた
ノズル板13と、振動板15と、各ノズル17に対応し
て形成されたインク室14(圧力室)を有する金属また
は樹脂からなる本体部16等にから構成されている。
【0007】ノズル13および振動板15はインク室1
4に対し対向するよう配設されており、また本体部16
のインク室14の周辺と振動板15とは強固に固定され
ている。また、圧電体11に電圧印加され駆動すること
により、振動板15は図中点線にて示す様に変形する構
成となっている。また、個々の圧電体11への電圧印加
は、印字装置本体(図示せず)からの電気信号に基づき
行なわれる構成となっている。
【0008】上記した従来構成のインクジェット記録ヘ
ッド2では、圧電体11を振動板15上に形成するの
に、板状の圧電体11を振動板15のインク室形成位置
と対応する位置に貼り付けるか、又は、予め振動板15
の上面全面に圧電体部材を形成しておき、その後にイン
ク室形成位置と対応する位置を除き圧電体部材を除去す
ることにより、圧電体11を形成することが行なわれて
いた。
【0009】尚、図2に示す例では、振動板15を変位
させる手段として圧電体11を用いたが、圧電体11に
代えて発熱体を用いたインクジェット記録ヘッドも提供
されている。この発熱体を用いたインクジェット記録ヘ
ッドは、発熱体を加熱させることにより発生する熱膨張
により振動板15を変位させ、これによりインクを吐出
させる構成とされている。以下、上記した圧電体11及
び発熱体を含め、振動板15を変位させるエネルギーを
発生させるものをインク吐出エネルギー発生部というも
のとする。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年ではパ
ーソナルコンピュータの低消費電力化が要望されてお
り、これに伴い周辺機器であるプリンタ装置においても
低消費電力化(半導体駆動電圧化:〜20V)が要求さ
れるようになってきている。また、一方においてプリン
タ装置には高い解像度が要求されており、これに伴いイ
ンクジェット記録ヘッド2の微細化が急速に進められて
いる。
【0011】具体的には、これらの要求を実現化するた
めには次の事項が必要となる。即ち、インク吐出エネル
ギー発生部に圧電体を用いる場合には、 a)圧電体の薄膜化(内部印加電界は同じ) b)振動板の薄膜化(圧電体の微小変位伝達) c)圧電体と振動板の密着安定性(圧電体の変形ロス低
減) d)振動板の平坦性向上(振動板の曲がり易さ) e)圧電体および振動板の微細加工 が必要となる。
【0012】また、インク吐出エネルギー発生部に発熱
体を用いる場合には、 f)発熱体までの配線の微細化 g)放熱時間の短縮化 h)発熱素子保護膜の薄膜化 等が必要となる。
【0013】しかるに、図2を用いて説明した従来のイ
ンクジェット記録ヘッド2では、以下に示す問題があ
る。即ち、圧電体を振動板に張り付ける構成では、 圧電体を振動板に張り付ける際、薄い圧電体は壊れ易
い。 圧電体を振動板に張り付ける構成では、接着剤層の厚
さが不均一となり振動板を平坦とすることが困難で、よ
って駆動させた際に適正に変形しない場合が生じる。
【0014】圧電体に電圧印加した際、接着剤が圧電
体の変位を吸収してしまう。 圧電体を振動板に張り付ける構成では、微細化に対応
できない。 という問題点がある。また、振動板全面に配設された圧
電体部材を機械加工で分割する構成では、上記した〜
の問題点が同様に発生する。更に、機械加工では加工
時間が長く要し、製造効率が悪いという問題点もある。
【0015】更に、インク吐出エネルギー発生部に発熱
体を用いた場合には、発熱体を形成した基板が必ずしも
放熱特性に優れているとは限らないという問題点があ
る。本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高
信頼性を維持しつつ消費電力の低減を図りうるインクジ
ェット記録ヘッド及びその製造方法及びプリンタ装置を
提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴と
するものである。請求項1記載の発明は、インクを吐出
するノズルに対応して設けられており、内部にインクが
充填される複数の圧力室が形成されてなる本体部と、振
動可能な材料により形成されており、前記圧力室の一の
壁面を構成する振動板と、前記圧力室と対応する前記振
動板上に配設されており、前記振動板を変形付勢するこ
とにより前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出さ
せるインク吐出エネルギー発生部とを有するインクジェ
ット記録ヘッドにおいて、少なくとも前記インク吐出エ
ネルギー発生部を薄膜形成技術を用いて形成したことを
特徴とするものである。
【0017】また、請求項2記載の発明に係るインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法は、基板上に薄膜形成技術
を用いて個別電極層,エネルギー発生層,振動層を順次
形成することによりインク吐出エネルギー発生部を形成
するエネルギー発生部形成工程と、前記基板の少なくと
も前記インク吐出エネルギー発生部の変形領域に対応す
る領域を除去して開口部を形成することにより、前記基
板から前記インク吐出エネルギー発生部を露出させる除
去工程と、予めインクを吐出するための圧力室が形成さ
れてなる本体部材を前記振動板に接合する接合工程と前
記圧力室と対応する位置にインクを吐出するノズル孔が
形成されると共に、前記本体部材にノズル板を配設する
ノズル板配設工程とを有することを特徴とするものであ
る。
【0018】また、請求項3記載の発明は、前記請求項
2記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法におい
て、前記接合工程が、前記エネルギー発生部形成工程と
前記除去工程との間に実施され、前記振動層上に、予め
インクを吐出するための第1の圧力室半体が形成されて
なる第1の本体部材半体を接合する第1の接合工程と、
前記除去工程の終了後、予めインクを吐出するための第
2の圧力室半体が形成されてなる第2の本体部材半体を
前記第1の本体部材半体に接合する第2の接合工程とよ
りなることを特徴とするものである。
【0019】また、請求項4記載の発明は、前記請求項
1または2記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法
において、前記エネルギー発生部形成工程が、前記個別
電極層を形成した後で、かつ前記エネルギー発生層を形
成する前に、前記インク吐出エネルギー発生部の形成位
置で前記個別電極層を分割し、個別電極を形成する分割
工程を有することを特徴とするものである。
【0020】また、請求項5記載の発明は、前記請求項
1または2記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法
において、前記エネルギー発生部形成工程が、前記除去
工程を終了した後に、前記開口部に露出した前記個別電
極層と前記エネルギー発生層とを前記インク吐出エネル
ギー発生部の形成位置において共に分割し、個別電極を
形成する分割工程を有することを特徴とするものであ
る。
【0021】また、請求項6記載の発明は、前記請求項
1または2記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法
において、前記エネルギー発生部形成工程が、前記除去
工程を終了した後に、前記開口部に露出した前記個別電
極層のみを前記インク吐出エネルギー発生部の形成位置
において分割し、個別電極を形成する分割工程を有する
ことを特徴とするものである。
【0022】また、請求項7記載の発明は、前記請求項
6記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法におい
て、前記エネルギー発生部形成工程で、複数の前記圧力
室にまたがるよう前記インク吐出エネルギー発生部を形
成することを特徴とするものである。また、請求項8記
載の発明に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法
は、基板上に薄膜形成技術を用いてインク吐出エネルギ
ー発生部となるエネルギー発生層及び振動層を順次形成
するエネルギー発生部形成工程と、前記基板の少なくと
も前記インク吐出エネルギー発生部の変形領域に対応す
る領域を除去して開口部を形成することにより、前記基
板から前記インク吐出エネルギー発生部を露出させる除
去工程と、該除去工程の終了後、前記開口部を介して前
記インク吐出エネルギー発生部と対応する位置に個別電
極を形成する個別電極形成工程と、予めインクを吐出す
るための圧力室が形成されてなる本体部材を前記振動板
に接合する接合工程とを有することを特徴とするもので
ある。
【0023】また、請求項9記載の発明は、前記請求項
4乃至7のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド
の製造方法において、前記分割工程で前記分割処理を行
なう分割位置を、隣り合う前記圧力室の間位置に設定し
たことを特徴とするものである。
【0024】また、請求項10記載の発明に係るインク
ジェット記録ヘッドの製造方法は、基板上に薄膜形成技
術を用いて個別電極層を形成する個別電極形成工程と、
少なくとも前記個別電極層上に個別エネルギー発生層を
形成する個別エネルギー発生層形成工程と、前記個別エ
ネルギー発生層形成工程で形成された前記個別エネルギ
ー発生層間の空隙部分に充填材を配設する充填工程と、
前記充填工程終了後に、前記個別エネルギー発生層及び
前記充填材の上部に振動層を形成する振動層形成工程と
を実施することによりインク吐出エネルギー発生部を形
成するエネルギー発生部形成工程と、前記基板の少なく
とも前記インク吐出エネルギー発生部の変形領域に対応
する領域を除去して開口部を形成することにより、前記
基板から前記インク吐出エネルギー発生部を露出させる
除去工程と、予めインクを吐出するための圧力室が形成
されてなる本体部材を前記振動板に接合する接合工程と
を有することを特徴とするものである。
【0025】また、請求項11記載の発明は、前記請求
項10記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法にお
いて、前記充填材として前記基板と同一材料を用いたこ
とを特徴とするものである。また、請求項12記載の発
明は、前記請求項10記載のインクジェット記録ヘッド
の製造方法において、前記充填材として、ヤング率が前
記エネルギー発生層の材料よりも小さく、90GPa以
下であるものを用いたことを特徴とするものである。
【0026】また、請求項13記載の発明は、前記請求
項10乃至12のいずれかに記載のインクジェット記録
ヘッドの製造方法において、前記充填材として、弾性及
び耐インク性のある材料を用いたことを特徴とするもの
である。
【0027】また、請求項14記載の発明は、前記請求
項1記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法におい
て、前記接合工程を実施した後に、前記除去工程を実施
することを特徴とするものである。また、請求項15記
載の発明は、前記請求項2乃至14のいずれかに記載の
インクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記ノ
ズル板配設工程を前記接合工程の前に実施することを特
徴とするものである。
【0028】また、請求項16記載の発明は、前記請求
項2乃至14のいずれかに記載のインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法において、前記ノズル板配設工程を前記
接合工程の後に実施することを特徴とするものである。
【0029】また、請求項17記載の発明は、前記請求
項2乃至16のいずれかに記載のインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法において、更に、前記除去工程を実施し
た後に、前記基板に形成した開口部に熱伝達性の高い材
料を配設する放熱部形成工程を実施することを特徴とす
るものである。
【0030】また、請求項18記載の発明は、圧力室と
圧電体からなり、電気信号により前記圧電体を変形させ
て、前記圧力室内部のインクを吐出させるインクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、前記圧電体を基板上に薄膜形成
技術を用いて成長させる成長工程と、前記圧電体の変形
する部分の周囲の基板を残し、前記圧電体の変形する部
分の基板を除去する除去工程とにより形成された圧電体
を用いたことを特徴とするものである。
【0031】また、請求項19記載の発明は、圧力室と
圧電体からなり、電気信号により前記圧電体を変形させ
て、前記圧力室内部のインクを吐出させるインクジェッ
ト記録ヘッドを用いたプリンタ装置において、前記圧電
体を基板上に薄膜形成技術を用いて成長させる成長工程
と、前記圧電体の変形する部分の周囲の基板を残し、前
記圧電体の変形する部分の基板を除去する除去工程とに
より形成された圧電体を用いたインクジェット記録ヘッ
ドを有することを特徴とするものである。
【0032】上記した各手段は、次のように作用する。
請求項1記載の発明によれば、振動板及びインク吐出エ
ネルギー発生部の内、少なくともインク吐出エネルギー
発生部を薄膜形成技術を用いて形成したことにより、薄
くかつ微細化されたインク吐出エネルギー発生部を高精
度にかつ高信頼性をもって形成することができる。よっ
て、低消費電力化を図ることができると共に、高解像度
の印刷を可能とすることができる。
【0033】また、請求項2及び請求項18記載の発明
によれば、エネルギー発生部形成工程において、基板上
に薄膜形成技術を用いて個別電極層,エネルギー発生
層,振動層を順次形成しインク吐出エネルギー発生部を
形成するため、薄いインク吐出エネルギー発生部を高精
度にかつ高信頼性をもって形成することができる。
【0034】また、各層間には接着材等の他の接合部材
は介在しないため、高い平坦性を有したインク吐出エネ
ルギー発生部を形成することが可能となり、従来のよう
に接着材が圧電体の変位を吸収するようなこともない。
よって、低消費電力化及び印刷の高解像度化を図りうる
インクジェット記録ヘッドを実現することができる。ま
た、除去工程において、基板の所定領域を除去して開口
部を形成し基板からインク吐出エネルギー発生部を露出
させるため、この露出部分以外は基板に保護された状態
を維持される。よって、インク吐出エネルギー発生部が
薄型化されても、この保護を確実に行なうことができ
る。
【0035】続いて接合工程及びノズル板配設工程実施
することにより、上記のインク吐出エネルギー発生部
は、圧力室が形成された本体部に接合される。よって、
圧力室に平坦な振動板を配設することができ、圧電体と
振動板との密着性が良好で、かつ、ばらつきの無い効率
良い駆動を行いうるインクジェット記録ヘッドを製造す
ることができる。
【0036】また、請求項3記載の発明によれば、エネ
ルギー発生部形成工程と除去工程との間、即ち除去工程
を実施する前に第1の接合工程を実施し、振動層上に第
1の圧力室半体が形成されてなる第1の本体部材半体を
接合することにより、基板は第1の本体部材半体により
補強された構成となる。
【0037】よって、除去工程において開口部を形成す
る際、開口部形成位置の背面側には第1の本体部材半体
が存在するため、インク吐出エネルギー発生部が開口形
成時に損傷することを防止することができる。また、開
口部が形成されることにより、この開口部から露出した
インク吐出エネルギー発生部の機械的強度は低下する
が、開口部形成位置の背面側に補強材として機能する第
1の本体部材半体が存在するため、開口部の形成後にお
いてもインク吐出エネルギー発生部が損傷することを防
止することができる。
【0038】また、除去工程の終了後に第2の接合工程
を実施し、第2の圧力室半体が形成された第2の本体部
材半体を第1の本体部材半体に接合することにより、第
1及び第2の圧力室半体は協働して圧力室を形成し、よ
って本体部が形成される。また、請求項4記載の発明に
よれば、個別電極層を形成した後、かつエネルギー発生
層を形成する前に分割工程を実施し、インク吐出エネル
ギー発生部の形成位置で個別電極層を分割して個別電極
を形成することにより、開口部を形成する前において個
別電極が形成されているため、開口部を介して個別電極
層を分割する方法に比べ、容易に個別電極を形成するこ
とができる。
【0039】また、請求項5記載の発明によれば、除去
工程を終了した後に分割工程を実施し、開口部に露出し
た個別電極層とエネルギー発生層とをインク吐出エネル
ギー発生部の形成位置において共に分割して個別電極を
形成することにより、隣接するインク吐出エネルギー発
生部は完全に独立した構成となる。よって、電圧印加し
た際にインク吐出エネルギー発生部の変形性(駆動性)
は向上し、これにより確実で応答性のよいインク吐出を
行なうことができる。
【0040】また、請求項6記載の発明によれば、除去
工程を終了した後に分割工程を実施し、開口部に露出し
た個別電極層のみをインク吐出エネルギー発生部の形成
位置において分割して個別電極を形成することにより、
内部歪みの少ないインク吐出エネルギー発生部を形成す
ることができる。
【0041】即ち、分割工程をエネルギー発生層を配設
する前に分割し個別電極を形成する方法では、エネルギ
ー発生層を形成する際、基板上に直接エネルギー発生層
が積層される部分と、個別電極上にエネルギー発生層が
積層される部分とが発生してしまう。これにより、エネ
ルギー発生層には、格子定数の違い等からくる内部歪み
が発生し易くなる。この状態のままで、基板に開口部を
形成すると、除去後の薄膜部分で内部歪みからくる損傷
(ヒビや変形)が発生する可能性がある。
【0042】しかるに、基板上の全面に個別電極層を形
成すると共にその上にエネルギー発生層を形成し、除去
工程を終了した後に分割工程を実施して開口部を介して
個別電極層を分割することにより、内部歪みの少ないイ
ンク吐出エネルギー発生部を形成することができ、製造
されるインクジェット記録ヘッドの信頼性を向上させる
ことができる。
【0043】また、請求項7記載の発明によれば、エネ
ルギー発生部形成工程で、複数の圧力室にまたがるよう
インク吐出エネルギー発生部を形成することにより、イ
ンク吐出エネルギー発生部の強度を向上させることがで
きる。即ち、圧力室の形成領域内にインク吐出エネルギ
ー発生部を形成すると、圧力室は空間部であるためイン
ク吐出エネルギー発生部は薄い振動板にのみ保持された
構成となり強度が低下する。しかるに、複数の圧力室に
またがるようインク吐出エネルギー発生部を形成するこ
とにより、インク吐出エネルギー発生部は圧力室外周部
の基板により保持されることとなり、インク吐出エネル
ギー発生部の強度を向上させることができる。
【0044】また、請求項8記載の発明によれば、エネ
ルギー発生部形成工程において、基板上に薄膜形成技術
を用いてインク吐出エネルギー発生部となるエネルギー
発生層及び振動層を順次形成することにより、エネルギ
ー発生層を基板の格子定数に従い単結晶状態で成長させ
ることができる(格子定数は同じでなく、内部歪みを有
している)。
【0045】いま、基板とエネルギー発生層との間に結
晶格子を持たない金属電極層(個別電極層)が介在する
と、エネルギー発生層の形成時にその格子が変形し、良
好な吐出エネルギーを得られない場合がある。しかる
に、除去工程において基板に開口部を形成した後、開口
部から露出したエネルギー発生層の表面に個別電極形成
工程を実施し、個別電極を形成することにより、必要と
する格子定数を有したインク吐出エネルギー発生部を形
成することができ、良好な吐出エネルギーを得ることが
できる。よって、信頼性の高い印字処理を行なうことが
可能となる。
【0046】また、請求項9記載の発明によれば、分割
工程で個別電極層を分割処理する分割位置を、隣り合う
圧力室の間位置に設定したことにより、振動板の保護を
確実に図ることができる。即ち、圧力室は空間部である
ため、インク吐出エネルギー発生部(個別電極層を含
む)は薄い振動板にのみ保持された構成となっている。
よって、この圧力室の形成領域内において個別電極層の
分割処理を行なうと、振動板に亀裂等の損傷が発生する
可能性がある。
【0047】しかるに、個別電極層の分割位置を隣り合
う圧力室の間位置に設定することにより、この分割位置
は圧力室ではなく基板上の位置となるため、インク吐出
エネルギー発生部は圧力室を跨いで形成される構成とな
り、振動板の保護を確実に行なうことができる。また、
請求項10記載の発明によれば、インク吐出エネルギー
発生部間の空隙部分に充填材を配設することにより、平
坦でかつ曲げに対して拘束しない構成が得られ、円滑な
インク吐出を行なうことが可能となる。
【0048】即ち、充填材が存在しない凹凸を有したイ
ンク吐出エネルギー発生部上に振動板を形成すると、凹
凸の段差部分において振動板の曲がりが発生し、この部
分がインク吐出エネルギー発生部の変形を拘束しインク
吐出に支障をきたすおそれがある。しかるに、充填工程
においてインク吐出エネルギー発生部間の空隙部分に充
填材を配設することによりその上面は平坦化し、この平
坦面上に振動板を形成することで、平坦でかつ曲げに対
して拘束しない構成が得られる。このように曲げに対す
る拘束が無い構成とすることにより、円滑なインク吐出
を行なうことが可能となる。
【0049】また、請求項11記載の発明によれば、充
填材として基板と同一材料を用いたことにより、後に実
施される除去工程において開口部を形成する際、インク
吐出エネルギー発生部間の充填材も同時に除去される。
このため、各インク吐出エネルギー発生部は独立した構
成となり、インク吐出エネルギー発生部の駆動性を向上
させることができる。
【0050】また、請求項12記載の発明によれば、充
填材として低ヤング率の材料を用いたことにより、イン
ク吐出エネルギー発生部間の空隙部分に充填材を配設し
ても、この充填材によりインク吐出エネルギー発生部の
変形(変位)が妨げられるようなことはなく、確実なイ
ンク吐出を行なうことができる。
【0051】また、請求項13記載の発明によれば、充
填材として弾性及び耐インク性のある材料を用いたこと
により、充填材により圧力室からのインク漏れを防止す
ることができる。即ち、稀ではあるが除去工程を実施す
ることにより、開口部から露出した振動板にピンホール
等が形成されてしまう場合がある。この場合、圧力室内
のインクがピンホールから外に染み出し、インク吐出エ
ネルギー発生部(圧電体)の電気部分でショート等の不
良が発生するおそれがある。しかるに、振動板にピンホ
ールがあっても機能的には問題なく、よってインクの染
み出しさえ予防できれば良い。
【0052】よって、開口部内のインク吐出エネルギー
発生部間に弾性及び耐インク性を有する充填材を配設す
ることにより、インク吐出エネルギー発生部の駆動(変
形,変位)を損なわず、かつインクの染み出しを防止す
ることができる。また、請求項14記載の発明によれ
ば、接合工程を実施した後に除去工程を実施することに
より、除去工程において開口部を形成する際、基板の背
面側には本体部が接合された状態となっている。このた
め、開口部を形成する際に基板に形成されているインク
吐出エネルギー発生部が損傷することを防止でき、歩留
り及び信頼性の向上を図ることができる。
【0053】また、請求項15及び請求項16記載の発
明のように、ノズル板配設工程は接合工程の前に実施し
ても、また後に実施してもよい。また、請求項17記載
の発明によれば、除去工程を実施した後に放熱部形成工
程を実施し、基板に形成した開口部に熱伝達性の高い材
料を配設することにより、インク吐出エネルギー発生部
で発生する熱を効率よく放熱することが可能となり、高
速印字が可能となる。
【0054】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図3は本発明の第1実施例であ
るインクジェット記録ヘッド40Aを示す図であり、ま
た図4及び図5は本発明の第1実施例であるインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法を説明するための図であり、
本実施例では図1に示すインクジェット記録ヘッド40
Aの製造方法を示している。尚、以下説明する各実施例
においては、インク吐出を行なうエネルギー発生手段と
して圧電体を用いた例について説明するが、圧電体に代
えて発熱体を用いることも可能である。
【0055】まず、図1を用いてインクジェット記録ヘ
ッド40Aの構成について説明する。インクジェット記
録ヘッド40Aは、大略すると基板20,振動板23,
本体部28,ノズル板30,及びインク吐出エネルギー
発生部32A(以下、エネルギー発生部という)等によ
り構成されている。本体部28は後述するようにドライ
フィルムを積層した構造を有しており、その内部に複数
の圧力室29(インク室)と、インクの供給路となるイ
ンク通路33とが形成されている。また、この圧力室2
9の図中上部は開放部とされると共に、下面にはインク
吐出孔41が形成されている。
【0056】また、本体部28の図中下面にはノズル板
30が配設されると共に、上面には振動板23が配設さ
れている。ノズル板30は例えばステンレスによりな
り、インク吐出孔41と対向する位置にノズル31が形
成されている。また、振動板23は例えばクロム(C
r)により形成された可撓性を有する板状材であり、そ
の上部には基板20及びエネルギー発生部32Aが配設
されている。基板20は例えば酸化マグネシウム(Mg
O)により形成されており、その中央位置には開口部2
4が形成されている。エネルギー発生部32Aは、この
開口部24により露出された振動板23上に形成されて
いる。
【0057】エネルギー発生部32Aは、前記した振動
板23(共通電極としても機能する),個別電極26,
及び圧電体27により構成されている。このエネルギー
発生部32Aは、本体部28に複数形成されている圧力
室29の形成位置と対応する位置に形成されている。個
別電極26は例えば白金(Pt)よりなり、圧電体27
の上面に形成されている。また、圧電体27は圧電気を
生じる結晶体であり、本実施例では各圧力室29の形成
位置にそれぞれ独立して形成された構成となっている
(即ち、隣接するエネルギー発生部32Aは連続してい
ない)。
【0058】上記構成とされたインクジェット記録ヘッ
ド40Aにおいて、共通電極としても機能する振動板2
3と個別電極26との間に電圧印加をすると、圧電体2
7は圧電気現象により歪みを発生する。このように圧電
体27に歪みが発生すると、これに伴い振動板23も変
形する。この時に圧電体27に発生する歪みは、振動板
23が図中破線で示すような変形となるよう、即ち圧力
室29に向け凸となる形状に変形するよう構成されてい
る。よって、圧電体27の歪みに伴う振動板23の変形
により、圧力室29内のインクは加圧され、インク吐出
孔41及びノズル31を介して外部に吐出され、これに
より記録媒体に印刷が行なわれる構成となっている。
【0059】上記構成において、本実施例に係るインク
ジェット記録ヘッド40Aは、振動板23及びエネルギ
ー発生部32(個別電極26,圧電体27)を薄膜形成
技術を用いて形成したことを特徴としている(詳細な製
造方法については、後述する)。このように、振動板2
3及びエネルギー発生部32を薄膜形成技術を用いて形
成するにより、薄くかつ微細化されたエネルギー発生部
32を高精度にかつ高信頼性をもって形成することがで
きる。よって、インクジェット記録ヘッド40Aの低消
費電力化を図ることができると共に、高解像度の印刷を
可能とすることができる。
【0060】また、本実施例では各エネルギー発生部3
2毎に圧電体27が分割された構成とされている。即
ち、各エネルギー発生部32は、隣接するエネルギー発
生部32に拘束されることなく変位することができる。
よって、インク吐出に必要とされる印加電圧を低くする
こができ、これによってもインクジェット記録ヘッド4
0Aの低消費電力化を図ることができる。
【0061】続いて、上記構成とされたインクジェット
記録ヘッド40Aの製造方法について図4及び図5を用
いて説明する。インクジェット記録ヘッド40Aを製造
するには、先ず図4(A)に示されるように、基板20
を用意する。本実施例では、基板20として厚さが0.3m
m の酸化マグネシウム(MgO)単結晶体を用いてい
る。
【0062】この基板20上には、薄膜形成技術である
スパッタリング法を用い、個別電極層21(以下、単に
電極層という),エネルギー発生層22(本実施例では
圧電体を用いているため、以下圧電体層という),振動
板23を順次形成する(エネルギー発生部形成工程の一
部を成す)。具体的には、先ず図4(B)に示すように
基板20上に電極層21を形成し、続いて図4(C)に
示すように電極層21上に圧電体層22を形成し、更に
圧電体層22上に振動体23を形成する。尚、本実施例
では、電極層21の材質として白金(Pt)を、また振
動板23の材質としてNi−Cr,Cr等を用いてい
る。
【0063】上記のように、薄膜形成技術を用いた各層
21〜23の形成処理が終了すると、続いて図5(E)
に示すように、各層21〜23が下側になるよう基板2
0を上下反転すると共に、この基板20の略中央部分を
エッチングにより除去することにより開口部24を形成
する(除去工程)。この開口部24の形成位置は、少な
くともエネルギー発生部32A(図3参照)により振動
板23が変形する変形領域と対応するよう選定されてい
る。このように基板20を除去して開口部24を形成す
ることにより、図5(F)に示すように、電極層21は
開口部24を介し基板20から露出した構成となる。
【0064】上記のように除去工程を実施することによ
り開口部24が形成されると、続いて開口部24に露出
した電極層21と圧電体層22を所定位置(圧力室29
の形成位置と対応する位置)において共に分割し、エネ
ルギー発生部32Aを形成する(分割工程。この分割工
程はエネルギー発生部形成工程の一部を成す)。このエ
ネルギー発生部32Aの幅寸法は、後に実施される接合
工程において本体部28を基板20に接合した際、エネ
ルギー発生部32Aが複数の圧力室29をまたがるよう
設定されている。
【0065】上記の分離工程を行なうことにより電極層
21は分割されて個別電極となり、よって各圧力室29
毎にインクの吐出制御を行なうことが可能となる。ま
た、圧電体層22は分割処理されることにより、個々独
立した圧電体27を形成する。一方、圧力室29を有し
た本体部28及びノズル板30は、上記した工程と別工
程を実施することにより形成される。圧力室29を有し
た本体部28は、ノズル板30(アライメントマーク
付)にドライフィルム(東京応化製溶剤型ドライフィル
ムPRシリーズ)をラミネート・露光を必要回数だけ現
像することにより形成される(ノズル板配設工程)。
【0066】具体的な本体部28の形成方法は、次の通
りである。即ち、ノズル板30(厚さ20μm )上にノ
ズル31(20μm 径、ストレート穴)まで圧力室29
からのインクを誘導し、且つインクの流れを一方向に揃
えるためのインク通路33(60μm 径;深さ60μm
)のパターンをノズル板30のアライメントマークを
用いて露光し、続いて圧力室29(幅100μm ,長さ
1700μm ,厚さ60μm )をインク通路33と同様
にノズル板30のアライメントマークを用いて露光し、
その後10分の自然放置(室温)と加熱硬化(60℃,
10分)を行い、溶剤現像によりドライフィルムの不要
部分を除去する。
【0067】上記のように形成されたノズル板30が設
けられた本体部28は、図5(G)に示すように、振動
板23に接合される(接合固定)。この際、圧力室29
とエネルギー発生部32Aとが精度よく対向するよう接
合処理される。上記のように本実施例によれば、基板2
0上にスパッタリング法等の薄膜形成技術を用いて電極
層21,圧電体層22,振動板23を順次形成しエネル
ギー発生部32Aを形成するため、従来に比べて薄いエ
ネルギー発生部32Aを高精度にかつ高信頼性をもって
形成することができる。
【0068】また、各層21〜23の間には接着材等の
他の接合部材は介在しないため、高い平坦性を有したエ
ネルギー発生部32Aを形成することが可能となり、従
来のように接着材が圧電体の変位を吸収するようなこと
もない。よって、低消費電力化及び印刷の高解像度化を
図りうるインクジェット記録ヘッド40Aを実現するこ
とができる。また、振動板23が平坦化することによ
り、圧電体27と振動板23との密着性が良好となり、
ばらつきの無い効率良い駆動を行いうるインクジェット
記録ヘッド40Aを実現することができる。
【0069】また、上記した除去工程においては、基板
20の所定領域を除去して開口部24を形成することに
より基板20からエネルギー発生部32Aを露出させる
ため、従来のように圧電体11等が単に露出した構成
(図2参照)に比べ、エネルギー発生部32Aの保護を
行なうことができる。よって、エネルギー発生部32A
が薄型化されても損傷するようなことはなく、インクジ
ェット記録ヘッド40Aの信頼性を向上させることがで
きる。
【0070】また、本実施例では除去工程を終了した後
に分割工程を実施し、開口部24に露出した電極層21
と圧電体層22を共に分割して個別電極26,圧電体2
7を形成することにより、隣接するエネルギー発生部3
2Aは完全に独立した構成となる。よって、電圧印加し
た際にエネルギー発生部32Aの変形性(駆動性)は向
上し、応答性のよいインク吐出を行なうことが可能とな
る。
【0071】更に、上記したように本実施例では、エネ
ルギー発生部32Aが複数の圧力室29にまたがるよう
形成されているため、エネルギー発生部32Aは圧力室
29の外周部の基板20により保持されることとなる。
よって、エネルギー発生部32Aの強度を向上させるこ
とができ、インクジェット記録ヘッド40Aの信頼性を
向上させることができる。
【0072】続いて、図6乃至図8を用い、本発明の第
2実施例であるインクジェット記録ヘッド40B及びそ
の製造方法について説明する。図6は本発明の第2実施
例であるインクジェット記録ヘッド40Bを示す図であ
り、また図7及び図8は本発明の第2実施例であるイン
クジェット記録ヘッド40Bの製造方法を説明するため
の図である。
【0073】尚、以下説明する各実施例において、図3
を用いて説明した第1実施例に係るインクジェット記録
ヘッド40Aの構成と同一構成については、同一符号を
付してその説明を省略する。また同様に、以下説明する
各実施例において、図4及び図5を用いて説明した第1
実施例に係る製造工程と同一工程についても、その説明
を省略するものとする。
【0074】図6に示されるように、本実施例に係るイ
ンクジェット記録ヘッド40Bは、圧電体27は分割さ
れておらず、個別電極26のみが圧力室29に対応して
分割形成された構成となっている。従って、隣接する個
別電極26の間には圧電体27が存在した構成となって
いる。また、後に詳述するように、個別電極26は開口
部24を形成した後に形成される構成となっている。
【0075】続いて、上記構成とされたインクジェット
記録ヘッド40Bの製造方法について説明する。前記し
た第1実施例に係る製造方法では、基板20の上面に先
ず電極層21を形成したが(図4(B)参照)、本実施
例では基板20の上面に先ずスパッタリング法を用いて
圧電体層22を形成することを特徴としている(図7
(B))。即ち、本実施例では電極層21を形成するこ
となく、基板20の上面に直接圧電体層22を形成する
構成としている。この際、基板20の上面が〔100〕
面となるよう設定されいてる。
【0076】また本実施例では、個別電極26を形成す
る個別電極形成工程は、図8(E),(F)に示される
ように、除去工程が終了した後(即ち、開口部24が形
成された後)に実施することを特徴としている。上記の
ように、電極層21を形成することなく基板20の上面
に直接圧電体層22を形成することにより、開口部24
を形成した際、図8(D)に示されるように、開口部2
4には圧電体27(圧電体層22)が露出した状態とな
る。個別電極26は、この開口部24を介して圧電体2
7(圧電体層22)の上面に薄膜形成技術を用いて形成
される。この際、個別電極26の形成位置は、エネルギ
ー発生部32Bの所定形成位置と対応する位置に設定さ
れている。
【0077】本実施例のように、基板20上に薄膜形成
技術を用いて圧電体27(圧電体層22)及び振動板2
3を順次形成することにより、圧電体27(圧電体層2
2)を基板20の格子定数に従い単結晶状態で成長させ
ることができる(格子定数は同じでなく、内部歪みを有
している)。第1実施例のように、基板20と圧電体2
7(圧電体層22)との間に結晶格子を持たない金属電
極層(電極層21)が介在すると、圧電体27(圧電体
層22)の形成時にその格子が変形し、良好な吐出エネ
ルギーを得られない場合がある。
【0078】しかるに、除去工程において基板20に開
口部24を形成した後、開口部24から露出した圧電体
27(圧電体層22)の表面に個別電極26を形成する
ことにより、必要とする格子定数を有した圧電体27
(圧電体層22)を形成することがでる。これにより、
良好な吐出エネルギーを得ることができ、よって信頼性
の高い印字処理を行なうことが可能となる。
【0079】続いて、図9乃至図11を用い、本発明の
第3実施例であるインクジェット記録ヘッド40C及び
その製造方法について説明する。図9は本発明の第3実
施例であるインクジェット記録ヘッド40Cを示す図で
あり、また図10及び図11は本発明の第3実施例であ
るインクジェット記録ヘッド40Cの製造方法を説明す
るための図である。
【0080】図9に示されるように、本実施例に係るイ
ンクジェット記録ヘッド40Cは、第2実施例であるイ
ンクジェット記録ヘッド40Bと同様に、圧電体27
(圧電体層22)は分割されておらず、個別電極26の
みが圧力室29に対応して分割形成された構成となって
いる。続いて、上記構成とされたインクジェット記録ヘ
ッド40Cの製造方法について説明する。図10(A)
〜図11(D)までの製造工程は、第1実施例と同様で
ある。よって、除去工程を実施することにより形成され
た開口部24には、電極層21が露出した状態となって
いる。
【0081】本実施例に係る製造方法では、除去工程を
終了した後に分割工程を実施し、開口部24に露出した
電極層21のみをエネルギー発生部32Cの形成位置
(図9及び図11(E)参照)において分割し、個別電
極26を形成することを特徴とするものである。また、
個別電極26を形成する際、電極層21の分割位置を、
隣り合う圧力室29の間位置に設定したことを特徴とし
ている。
【0082】本実施例のように、除去工程を終了した後
に分割工程を実施し、開口部24に露出した電極層21
のみを分割し個別電極26を形成することにより、内部
歪みの少ないエネルギー発生部32Cを形成することが
できる。即ち、分割工程を圧電体層22を配設する前に
分割し個別電極26を形成する方法では、圧電体層22
を形成する際、基板20上に直接圧電体層22が積層さ
れる部分と、個別電極26上に圧電体層22が積層され
る部分とが発生してしまう。
【0083】この構成では、圧電体層22に格子定数の
違い等からくる内部歪みが発生し易くなる。そして、内
部歪みが発生したままの状態で基板20に開口部24を
形成すると、除去後の薄膜部分で内部歪みからくる損傷
(ヒビや変形)が発生するおそれがある。しかるに、本
実施例のように、基板20の上面全面に電極層21を形
成すると共にその上に圧電体層22を形成し、除去工程
が終了した後に電極層21を分割することにより、内部
歪みの少ない圧電体層22を形成することができ、製造
されるインクジェット記録ヘッド40Cの信頼性を向上
させることができる。
【0084】また、分割工程で電極層21を分割処理す
る分割位置を、隣り合う圧力室29の間位置に設定した
ことにより、分割処理を確実に行なうことができる。即
ち、圧力室29は空間部であるため、電極層21及び圧
電体層22は薄い振動板23にのみ保持された構成とな
っている。よって、空間部である圧力室29の形成領域
上において電極層21の分割処理を行なうと、振動板2
3に亀裂等の損傷が発生する可能性がある。
【0085】しかるに、本実施例のように、電極層21
の分割位置を隣り合う圧力室29の間位置に設定するこ
とにより、この分割位置は圧力室29ではなく本体部2
8上の位置となる。即ち、エネルギー発生部32Cは圧
力室29をまたがるように形成された構成となり、よっ
て振動板23に損傷を与えることを防止することができ
る。
【0086】続いて、図12乃至図14を用い、本発明
の第4実施例であるインクジェット記録ヘッド40D及
びその製造方法について説明する。図12は本発明の第
4実施例であるインクジェット記録ヘッド40Dを示す
図であり、また図13及び図14は本発明の第4実施例
であるインクジェット記録ヘッド40Dの製造方法を説
明するための図である。
【0087】図12に示すように、本実施例に係るイン
クジェット記録ヘッド40Dは、本体部28が第1の本
体部半体28Aと第2の本体部半体28Bを接合した構
成としたことを特徴とするものである。この構成のイン
クジェット記録ヘッド40Dを製造するには、先ず図1
3(A)に示すように、上面が[100]面とされると
共に厚さ約300μm のMgO製の基板20を用意す
る。そして、この基板20の上面には、スパッタリング
法を用いてPtよりなる電極層21が約0.2 μm の厚さ
で形成される。
【0088】続いて本実施例では、圧電体層22を形成
する前に分割工程を実施し、図13(B)に示すよう
に、エネルギー発生部32Cの形成位置(図12参照)
で電極層21を分割して個別電極26(サイズ:80μ
m ×1900μm 、ピッチ:169μm )を形成する。
この個別電極26を形成はフォトエッチングを用いて行
い、また個別電極26の形成と共に後述する接合工程で
用いるアライメントマーク(図示せず)も形成する。そ
して、基板20上に個別電極26を形成した上で、図1
3(C),(D)に示すように圧電体層22(厚さ3μ
m),振動板23(厚さ2μm)を順次薄膜形成技術を
用いて形成する。
【0089】続いて、図14(E)に示されるように、
先ほど電極層21に形成したアライメントマークを利用
し、振動板23の上部に第1の本体部半体28Aを形成
する(第1の接合工程)。この第1の本体部半体28A
は、ドライフィルム(東京応化製溶剤型ドライフィルム
PRシリーズ)をラミネート・露光を必要回数行い現像
することにより形成される。この際、第1の圧力室半体
29A及びインク通路33の半体も合わせて形成され
る。
【0090】続いて、第1の本体部半体28Aが下に位
置するよう基板20を反転させ、基板10側から電極層
21のアライメントマークを用いて圧力室29に対応す
る部分のみが露出するようにマスキング処理を行う。こ
の際、MgOよりなる基板10は無色透明であるので、
マスキング処理を容易に行なうことができる。このマス
キング処理が終了すると、続いて酸性のエッチング液
(例えば、50%りん酸溶液)にて基板10をエッチン
グし、図14(F)に示すように、開口部24を形成す
る(除去工程)。前記したように、本実施例では電極層
21を基板に形成した直後に分割処理を行い個別電極2
6を形成しているため、開口部24を形成することによ
り個別電極26が露出する構成となる。よって、先に述
べた開口部24を介して個別電極層26を分割する方法
に比べ、個別電極26を容易に形成することができる。
【0091】続いて、図14(H)に示されるように、
第1の本体部半体28Aにノズル板30が配設された第
2の本体部半体28Bが接合される(第2の接合工
程)。この第2の本体部半体28Bは、上記した工程と
別工程において形成される。即ち、第2の本体部半体2
8Bを形成するには、ノズル板30(アライメントマー
ク付)にドライフィルム(東京応化製溶剤型ドライフィ
ルムPRシリーズ)をラミネート・露光を必要回数行い
現像することにより形成される。この際、第2の圧力室
半体29B及びインク通路33の半体も合わせて形成さ
れる。
【0092】上記のように、第1の本体部半体28Aに
第2の本体部半体28Bを接合する際、各本体部半体2
8A,28Bに設けられたアライメントマークを用いて
位置決めし接合する。これにより、各本体部半体28
A,28Bを位置決め精度よく接合することができる。
尚、ドライフィルム製の第1及び第2の本体部半体28
A,28Bの接合は、例えば15kgf/cm2 の圧力印加状
態で150℃・14時間の加熱硬化条件下で行った。
【0093】上記のように第1及び第2の本体部半体2
8A,28Bが接合することにより、第1及び第2の本
体部半体28A,28Bは協働して本体部28を形成
し、また第1及び第2の圧力室半体29A,29Bも接
合して圧力室29を形成し、これにより図12に示すイ
ンクジェット記録ヘッド40Dが製造される。上記した
ように本実施例では、除去工程を実施する前に第1の接
合工程を実施し、振動板23上に第1の本体部材半体2
8Aを接合するため、除去工程時には基板10は第1の
本体部材半体28Aにより補強された構成となる。よっ
て、除去工程において開口部24を形成する際、開口部
形成位置の背面側には第1の本体部材半体28Aが補強
材として存在するため、振動板23,個別電極26,及
び圧電体27等が開口形成時に損傷することを防止する
ことができる。
【0094】また、開口部24が形成されることによ
り、この開口部24から露出したエネルギー発生部32
Cの機械的強度は低下するが、開口部形成位置の背面側
に補強材として機能する第1の本体部材半体28Aが存
在するため、開口部形成時ばかりでなく、開口部24の
形成が終了した後においても、エネルギー発生部32C
の損傷を防止することができる。
【0095】続いて、図15及び図16を用い、本発明
の第5実施例であるインクジェット記録ヘッドの製造方
法について説明する。尚、本実施例の説明において、前
記した第4実施例に係るインクジェット記録ヘッドの製
造方法と同一工程についてはその説明を省略するものと
する。本実施例においても、先ずMgOよりなる基板2
0([100]面,厚さ300μm )上にスパッタリン
グ法にてPtよりなる電極層21(厚さ0.2 μm )を形
成する。そして、形成された電極層21にフォトエッチ
ングにより、アライメントマークと個別電極26を形成
する(個別電極形成工程)。アライメントマークは、後
に圧力室29の形成及び接合工程で位置決めに用いるも
のであり、また複数の個別電極部26(サイズ;80μ
m ×1900μm )は169μm ピッチで形成される
(図15(A),(B))。
【0096】続いて、個別電極部26が形成された電極
層21上に、圧電体材料をスパッタリング法にて約3μ
m の厚さで積層し、その後エッチングすることにより個
別圧電体34及び枠体35を形成する(個別エネルギー
発生層形成工程)。個別圧電体34は、個別電極部26
と同サイズとなるよう形成され、また枠体35は基板2
0の外周を囲繞するよう形成される。
【0097】尚、この状態では、図15(C)に示すよ
うに、隣接する個別圧電体34の間には間隙部が形成さ
れており、よって基板20の上面は複数の凹凸(段差)
が形成された状態となっている。続いて、MgOをター
ゲットとするスパッタリングを行い、隣接する個別圧電
体34の間に充填材36を形成する(充填工程)。この
際、個別圧電体34及び枠体35にはマスキングを行な
い、個別圧電体34の間にのみ充填材36となるMgO
を配設する。
【0098】上記のように、本実施例では充填材36の
材質として、基板20の材質と同材質が選定されてい
る。また、充填材36の厚さは、前記した個別圧電体3
4及び枠体35と同一厚さとなるようスパッタリング制
御が行なわれている。よって、充填材36が形成された
状態において、個別圧電体34,枠体35,及び充填材
36が協働して形成する面の表面は平坦化された面とな
る。
【0099】上記のように充填工程が終了すると、続い
て個別圧電体34,枠体35,及び充填材36を覆うよ
うにCrよりなる振動体23が2μm の厚さでスパッタ
リングされる。これにより、基板20上にエネルギー発
生部32D(図16(D)参照)が形成される。本実施
例のように、充填工程を実施し隣接する個別圧電体34
の間に充填材36を形成することにより、円滑なインク
吐出を行なうことが可能となる。即ち、充填材が存在し
ない凹凸を有した個別圧電体34上に振動板23を形成
すると、凹凸の段差部分において振動板23の曲がりが
発生し、この部分がエネルギー発生部32Dの変形を拘
束しインク吐出に支障をきたすおそれがある。
【0100】しかるに、充填工程において充填材36を
配設することにより、個別圧電体34,枠体35,及び
充填材36が協働して形成する面の表面は平坦化し、こ
の平坦面上に振動板23を形成することで、平坦でかつ
曲げに対して拘束しない構成が得られる。このように曲
げに対する拘束が無い構成とすることにより、円滑なイ
ンク吐出を行なうことが可能となる。
【0101】上記のように振動板3が形成されると、続
いて先に述べた第4実施例と同様に第1の本体部半体2
8Aが振動板23の上部に配設され(図16(F))、
その後に除去工程が実施されて基板20に対して開口部
24が形成される。この際、前記したように充填材36
は基板20の材質と同材質が選定されているため、除去
工程において開口部24を形成する際、開口部24と対
応する位置における充填材36は基板20と共に除去さ
れる。即ち、開口部24から露出した各エネルギー発生
部32Dは夫々独立した状態となる。
【0102】このように、各エネルギー発生部32Dが
独立した構成となることにより、各エネルギー発生部3
2Dの駆動性を向上させることができ、よって低消費電
力化を図ることができる。続いて、前記した第4実施例
と同様にノズル板30が配設された第2の本体部半体2
8Bを第1の本体部半体28Aに接合するこにとより本
体部28を形成し、これによりインクジェット記録ヘッ
ドが形成される。
【0103】ところで、上記した実施例では、充填材3
6として基板20の材質と同一材質とした構成とした
が、他の材料を用いることも可能である。例えば、充填
材36として低ヤング率の材料を用いることにより、隣
接するエネルギー発生部32D間の空隙部分に充填材3
6を配設しても、この充填材36によりエネルギー発生
部32Dの変形(変位)が妨げられるようなことはな
い。よって、充填材36として低ヤング率の材料を用い
ることにより、低消費電力化を図ることができると共に
確実なインク吐出を行なうことができる。
【0104】更に、充填材36として弾性及び耐インク
性のある材料を用いることにより、圧力室29からイン
クが漏れ出すことを防止することができる。即ち、稀で
はあるが除去工程を実施することにより、開口部24か
ら露出した振動板23にピンホール等が形成されてしま
う場合がある。この場合、圧力室29内のインクがピン
ホールから外に染み出し、エネルギー発生部32D(特
に個別圧電体34)の電気部分でショート等の不良が発
生するおそれがある。しかるに、振動板23にピンホー
ルがあっても機能的には問題なく、よってインクの染み
出しさえ予防できればインクジェット記録ヘッドとして
その駆動に問題が発生するようなことはない。よって、
エネルギー発生部32Dの駆動(変形,変位)を損なわ
ず、即ち低消費電力化を図りつつインクの染み出しを防
止することができる。
【0105】続いて、図17及び図18を用い、本発明
の第6実施例であるインクジェット記録ヘッドの製造方
法について説明する。尚、本実施例の説明において、前
記した第4及び第5実施例に係るインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法と同一工程についてはその説明を省略す
るものとする。また、以下説明する各実施例の説明にお
いても同様とする。
【0106】本実施例においても、先ずMgOよりなる
基板20上にスパッタリング法により電極層21を形成
し、フォトエッチングによりアライメントマーク及び複
数の個別電極部26を形成する(図17(A),
(B))。続いて、個別電極部26が形成された電極層
21上に、圧電体材料をスパッタリング法にて約3μm
の厚さで積層し、その後エッチングすることにより個別
圧電体34及び枠体35を形成する(図17(C))。
【0107】前記した第5実施例では、個別圧電体34
及び枠体35を形成した後に充填材36を配設する構成
としたが、本実施例では個別圧電体34及び枠体35を
形成した後に充填材36を配設することなく、直接個別
圧電体34及び枠体35上に振動板37を形成したこと
を特徴とする(図17(D))。このように、充填材3
6を配設することなく振動板37を形成することによ
り、振動板37は個別圧電体34の凹凸に従い、あたか
も波板のごとき断面形状を有した構成となる。尚、以降
の工程(図18(E)〜(H))は第5実施例と同様で
あるため説明を省略する。
【0108】本実施例により製造されるインクジェット
記録ヘッドは、隣接されるエネルギー発生部32Eの間
に振動板37が介在した構成となる。よって、前記した
第5実施例により製造されるインクジェット記録ヘッド
に比べ、各エネルギー発生部32Eの駆動は不良とな
る。しかるに、先に図9及び図12に示したインクジェ
ット記録ヘッド40C,40Dのように圧電体27が連
続した構成に比べると、良好な駆動を実現できる。
【0109】続いて、図19及び図20を用い、本発明
の第7及び第8実施例であるインクジェット記録ヘッド
の製造方法について説明する。第7及び第8実施例にお
いて、図19(A)〜(F)及び図20(A)〜(F)
に示す各工程は、前記した第5実施例の図15(A)〜
図16(F)の工程と同一であるため、その説明は省略
する。
【0110】前記した各実施例(例えば、第5実施例)
では、除去工程を実施し基板20に開口部24を形成し
た後に第2の本体部半体28Bを配設する構成としてい
た。これに対し、本実施例では接合工程を実施すること
により第1の本体部半体28Aに第2の本体部半体28
Bを接合し本体部28を形成した後に、除去工程を実施
し開口部24を形成したことを特徴とするものである。
【0111】このように、接合工程を実施した後に除去
工程を実施することにより、除去工程において開口部2
4を形成する際、基板20の背面側には本体部28(第
1及び第2の本体部半体28A,28B)が接合された
状態となっている。このため、開口部24を形成する際
に基板20に形成されているエネルギー発生部32Dが
損傷することを防止でき、歩留り及び信頼性の向上を図
ることができる。
【0112】また、第7実施例では、ノズル板30を第
2の本体部半体28Bに予め配設した後に第1の圧力室
半体28Aに接合した構成とされており(図19(G)
参照)、また第8実施例では、第2の本体部半体28B
に第1の圧力室半体28Aを接合した後にノズル板30
を第2の本体部半体28Bに配設することとしている
(図20(G),(H)参照)。このように、ノズル板
30を本体部28に配設する配設工程は、第1及び第2
の本体部半体28A,28Bを接合する接合工程の前に
実施しても、また後に実施してもよい。
【0113】図21は、本発明のた第5実施例であるイ
ンクジェット記録ヘッド40Eを示している。尚、図2
において、先に図6を用いて説明した第2実施例に係る
インクジェット記録ヘッド40Bと同一構成については
同一符号を付してその説明を省略する。前記した第2実
施例に係るインクジェット記録ヘッド40Bは、本体部
28がドライフィルムを積層することにより形成されて
いたが、本実施例に係るインクジェット記録ヘッド40
Eは、本体部42がノズル板38上に積層した圧力室で
はなくシリコン基板等の板材にドライフィルムを積層す
ることにより本体部42を形成することとしている。
【0114】そして、第2実施例で説明したと同様の条
件でドライフィルムを板材に接合・硬化した後、ノズル
板38との接合面となるエッジをダイシングソーにて切
断する。本実施例では、基板20の開口部24の上面エ
ッジより0.1mm の距離をおいて切断した。尚、圧力室2
9とノズル39を繋ぐインク吐出孔41は、ドライフィ
ルムの形成時に既に形成しておく構成とした。
【0115】そして、この切断面にノズル板38をアラ
イメントして接合することにより、図21に示すインク
ジェット記録ヘッド40Eを形成した。本実施例のよう
に、サイドシュート型のインクジェット記録ヘッド40
Eであっても、低消費電力でかつ歩留りの高いヘッドを
容易に製造することができる。
【0116】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、次に述べる
種々の効果を実現することができる。請求項1記載の発
明によれば、薄くかつ微細化されたインク吐出エネルギ
ー発生部を高精度にかつ高信頼性をもって形成すること
ができるため、低消費電力化を図ることができると共
に、高解像度の印刷を可能とすることができる。
【0117】また、請求項2及び請求項18記載の発明
によれば、薄いインク吐出エネルギー発生部を高精度に
かつ高信頼性をもって形成することができ、低消費電力
化及び印刷の高解像度化を図ることができる。また、イ
ンク吐出エネルギー発生部の開口部から露出した部分以
外は、基板に保護された状態が維持されるため、インク
吐出エネルギー発生部が薄型化されても、この保護を確
実に行なうことができる。
【0118】また、圧力室に平坦な振動板を配設するこ
とができるため、圧電体と振動板との密着性が良好で、
かつ、ばらつきの無い効率良い駆動を行いうるインクジ
ェット記録ヘッドを製造することができる。また、請求
項3記載の発明によれば、基板は第1の本体部材半体に
より補強された構成となるため、除去工程において開口
部を形成する際、開口部形成位置の背面側には第1の本
体部材半体が存在するため、インク吐出エネルギー発生
部が開口形成時に損傷することを防止することができ
る。
【0119】また、開口部形成位置の背面側に補強材と
して機能する第1の本体部材半体が存在するため、開口
部の形成後においてもインク吐出エネルギー発生部が損
傷することを防止することができる。また、請求項4記
載の発明によれば、開口部を形成する前において個別電
極が形成されているため、開口部を介して個別電極層を
分割する方法に比べて容易に個別電極を形成することが
できる。
【0120】また、請求項5記載の発明によれば、隣接
するインク吐出エネルギー発生部は完全に独立した構成
となるため、電圧印加した際にインク吐出エネルギー発
生部の変形性(駆動性)は向上し、これにより確実で応
答性のよいインク吐出を行なうことができる。また、請
求項6記載の発明によれば、内部歪みの少ないインク吐
出エネルギー発生部を形成することができ、製造される
インクジェット記録ヘッドの信頼性を向上させることが
できる。
【0121】また、請求項7記載の発明によれば、イン
ク吐出エネルギー発生部は圧力室外周部の基板により保
持されるため、インク吐出エネルギー発生部の強度を向
上させることができる。また、請求項8記載の発明によ
れば、必要とする格子定数を有したインク吐出エネルギ
ー発生部を形成することができ、良好な吐出エネルギー
を得ることができる。よって、信頼性の高い印字処理を
行なうことが可能となる。
【0122】また、請求項9記載の発明によれば、個別
電極層の分割位置を隣り合う圧力室の間位置に設定する
ことにより、この分割位置は圧力室ではなく基板上の位
置となるため、振動板に損傷を与えることを確実に防止
することができる。また、請求項10記載の発明によれ
ば、インク吐出エネルギー発生部間の空隙部分に充填材
を配設し、平坦となった面上に振動板を形成すること
で、平坦でかつ曲げに対して拘束しない構成をえること
ができ、よって円滑なインク吐出を行なうことが可能と
なる。
【0123】また、請求項11記載の発明によれば、除
去工程において開口部を形成する際、インク吐出エネル
ギー発生部間の充填材も同時に除去されるため、各イン
ク吐出エネルギー発生部は独立した構成となり、インク
吐出エネルギー発生部の駆動性の向上を図ることができ
る。また、請求項12記載の発明によれば、充填材とし
て低ヤング率の材料を用いたことにより、インク吐出エ
ネルギー発生部間の空隙部分に充填材を配設しても、こ
の充填材によりインク吐出エネルギー発生部の変形(変
位)が妨げられるようなことはなく、確実なインク吐出
を行なうことができる。
【0124】また、請求項13記載の発明によれば、充
填材として弾性及び耐インク性のある材料を用いたこと
により、充填材により圧力室からのインク漏れを防止す
ることができる。また、請求項14記載の発明によれ
ば、除去工程において開口部を形成する際、基板の背面
側には本体部が接合された状態となっているため、開口
部を形成する際に基板に形成されているインク吐出エネ
ルギー発生部が損傷することを防止でき、歩留り及び信
頼性の向上を図ることができる。
【0125】また、請求項17記載の発明によれば、イ
ンク吐出エネルギー発生部で発生する熱を効率よく放熱
することが可能となり、高速印字が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プリンタ装置の一例の要部構成図である。
【図2】従来の一例であるインクジェット記録ヘッドの
部分切截した斜視図である。
【図3】本発明の第1実施例であるインクジェット記録
ヘッドの部分切截した斜視図である。
【図4】本発明の第1実施例であるインクジェット記録
ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
1)。
【図5】本発明の第1実施例であるインクジェット記録
ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
2)。
【図6】本発明の第2実施例であるインクジェット記録
ヘッドの部分切截した斜視図である。
【図7】本発明の第2実施例であるインクジェット記録
ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
1)。
【図8】本発明の第2実施例であるインクジェット記録
ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
2)。
【図9】本発明の第3実施例であるインクジェット記録
ヘッドの部分切截した斜視図である。
【図10】本発明の第3実施例であるインクジェット記
録ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
1)。
【図11】本発明の第3実施例であるインクジェット記
録ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
2)。
【図12】本発明の第4実施例であるインクジェット記
録ヘッドの部分切截した斜視図である。
【図13】本発明の第4実施例であるインクジェット記
録ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
1)。
【図14】本発明の第4実施例であるインクジェット記
録ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
2)。
【図15】本発明の第5実施例であるインクジェット記
録ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
1)。
【図16】本発明の第5実施例であるインクジェット記
録ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
2)。
【図17】本発明の第6実施例であるインクジェット記
録ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
1)。
【図18】本発明の第6実施例であるインクジェット記
録ヘッドの製造方法を説明するための図である(その
2)。
【図19】本発明の第7実施例であるインクジェット記
録ヘッドの製造方法を説明するための図である。
【図20】本発明の第8実施例であるインクジェット記
録ヘッドの製造方法を説明するための図である。
【図21】本発明の第5実施例であるインクジェット記
録ヘッドの部分切截した斜視図である。
【符号の説明】
20 基板 21 電極層 22 圧電体層 23 振動板 24 開口部 25 圧力室位置 26 個別電極 27 圧電体 28 本体部 28A 第1の本体部半体 28B 第2の本体部半体 29 圧力室 29A 第1の圧力室半体 29B 第2の圧力室半体 30,38 ノズル板 31,39 ノズル 32A〜32E エネルギー発生部 34 個別圧電体 35 枠体 36 充填材 37 振動板膜 40A〜40E インクジェット記録ヘッド
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年11月13日(1998.11.
13)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図17】
【図16】
【図18】
【図21】
【図19】
【図20】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三上 知久 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 2C057 AF52 AF54 AF93 AG12 AG44 AG57 AG93 AP02 AP24 BA03 BA14

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インクを吐出するノズルに対応して設け
    られており、内部にインクが充填される複数の圧力室が
    形成されてなる本体部と、 振動可能な材料により形成されており、前記圧力室の一
    の壁面を構成する振動板と、 前記圧力室と対応する前記振動板上に配設されており、
    前記振動板を変形することにより前記圧力室内のインク
    を前記ノズルから吐出させるインク吐出エネルギー発生
    部とを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、 少なくとも前記インク吐出エネルギー発生部を薄膜形成
    技術を用いて形成したことを特徴とするインクジェット
    記録ヘッド。
  2. 【請求項2】 基板上に薄膜形成技術を用いて個別電極
    層,エネルギー発生層,振動層を順次形成することによ
    りインク吐出エネルギー発生部を形成するエネルギー発
    生部形成工程と、 前記基板の少なくとも前記インク吐出エネルギー発生部
    の変形領域に対応する領域を除去して開口部を形成する
    ことにより、前記基板から前記インク吐出エネルギー発
    生部を露出させる除去工程と、 予めインクを吐出するための圧力室が形成されてなる本
    体部材を前記振動層に接合する接合工程と前記圧力室と
    対応する位置にインクを吐出するノズル孔が形成される
    と共に、前記本体部材にノズル板を配設するノズル板配
    設工程と、 を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの
    製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のインクジェット記録ヘッ
    ドの製造方法において、 前記接合工程は、 前記エネルギー発生部形成工程と前記除去工程との間に
    実施され、前記振動層上に、予めインクを吐出するため
    の第1の圧力室半体が形成されてなる第1の本体部材半
    体を接合する第1の接合工程と、 前記除去工程の終了後、予めインクを吐出するための第
    2の圧力室半体が形成されてなる第2の本体部材半体を
    前記第1の本体部材半体に接合する第2の接合工程とよ
    りなることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製
    造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1または2記載のインクジェット
    記録ヘッドの製造方法において、 前記エネルギー発生部形成工程は、 前記個別電極層を形成した後で、かつ前記エネルギー発
    生層を形成する前に、前記インク吐出エネルギー発生部
    の形成位置で前記個別電極層を分割し、個別電極を形成
    する分割工程を有することを特徴とするインクジェット
    記録ヘッドの製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1または2記載のインクジェット
    記録ヘッドの製造方法において、 前記エネルギー発生部形成工程は、 前記除去工程を終了した後に、前記開口部に露出した前
    記個別電極層と前記エネルギー発生層とを前記インク吐
    出エネルギー発生部の形成位置において共に分割し、個
    別電極を形成する分割工程を有することを特徴とするイ
    ンクジェット記録ヘッドの製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1または2記載のインクジェット
    記録ヘッドの製造方法において、 前記エネルギー発生部形成工程は、 前記除去工程を終了した後に、前記開口部に露出した前
    記個別電極層のみを前記インク吐出エネルギー発生部の
    形成位置において分割し、個別電極を形成する分割工程
    を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの
    製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項6記載のインクジェット記録ヘッ
    ドの製造方法において、 前記エネルギー発生部形成工程で、 複数の前記圧力室にまたがるよう前記インク吐出エネル
    ギー発生部を形成することを特徴とするインクジェット
    記録ヘッド。
  8. 【請求項8】 基板上に薄膜形成技術を用いてインク吐
    出エネルギー発生部となるエネルギー発生層及び振動層
    を順次形成するエネルギー発生部形成工程と、 前記基板の少なくとも前記インク吐出エネルギー発生部
    の変形領域に対応する領域を除去して開口部を形成する
    ことにより、前記基板から前記インク吐出エネルギー発
    生部を露出させる除去工程と、 該除去工程の終了後、前記開口部を介して前記インク吐
    出エネルギー発生部と対応する位置に個別電極を形成す
    る個別電極形成工程と、 予めインクを吐出するための圧力室が形成されてなる本
    体部材を前記振動板に接合する接合工程とを有すること
    を特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項4乃至7のいずれかに記載のイン
    クジェット記録ヘッドの製造方法において、 前記分割工程で前記分割処理を行なう分割位置を、隣り
    合う前記圧力室の間位置に設定したことを特徴とするイ
    ンクジェット記録ヘッドの製造方法。
  10. 【請求項10】 基板上に薄膜形成技術を用いて個別電
    極層を形成する個別電極形成工程と、少なくとも前記個
    別電極層上に個別エネルギー発生層を形成する個別エネ
    ルギー発生層形成工程と、前記個別エネルギー発生層形
    成工程で形成された前記個別エネルギー発生層間の空隙
    部分に充填材を配設する充填工程と、前記充填工程終了
    後に、前記個別エネルギー発生層及び前記充填材の上部
    に振動層を形成する振動層形成工程とを実施することに
    よりインク吐出エネルギー発生部を形成するエネルギー
    発生部形成工程と、 前記基板の少なくとも前記インク吐出エネルギー発生部
    の変形領域に対応する領域を除去して開口部を形成する
    ことにより、前記基板から前記インク吐出エネルギー発
    生部を露出させる除去工程と、 予めインクを吐出するための圧力室が形成されてなる本
    体部材を前記振動板に接合する接合工程とを有すること
    を特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
  11. 【請求項11】 請求項10記載のインクジェット記録
    ヘッドの製造方法において、 前記充填材として、前記基板と同一材料を用いたことを
    特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
  12. 【請求項12】 請求項10記載のインクジェット記録
    ヘッドの製造方法において、 前記充填材として、ヤング率が前記エネルギー発生層の
    材料よりも小さく、90GPa以下であるものを用いた
    ことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方
    法。
  13. 【請求項13】 請求項10乃至12のいずれかに記載
    のインクジェット記録ヘッドの製造方法において、 前記充填材として、弾性及び耐インク性のある材料を用
    いたことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造
    方法。
  14. 【請求項14】 請求項1記載のインクジェット記録ヘ
    ッドの製造方法において、 前記接合工程を実施した後に、前記除去工程を実施する
    ことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方
    法。
  15. 【請求項15】 請求項2乃至14のいずれかに記載の
    インクジェット記録ヘッドの製造方法において、 前記ノズル板配設工程を前記接合工程の前に実施するこ
    とを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
  16. 【請求項16】 請求項2乃至14のいずれかに記載の
    インクジェット記録ヘッドの製造方法において、 前記ノズル板配設工程を前記接合工程の後に実施するこ
    とを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
  17. 【請求項17】 請求項2乃至16のいずれかに記載の
    インクジェット記録ヘッドの製造方法において、 更に、前記除去工程を実施した後に、前記基板に形成し
    た開口部に熱伝達性の高い材料を配設する放熱部形成工
    程を実施することを特徴とするインクジェット記録ヘッ
    ドの製造方法。
  18. 【請求項18】 圧力室と圧電体からなり、電気信号に
    より前記圧電体を変形させて、前記圧力室内部のインク
    を吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記圧電体を基板上に薄膜形成技術を用いて成長させる
    成長工程と、 前記圧電体の変形する部分の周囲の基板を残し、前記圧
    電体の変形する部分の基板を除去する除去工程とにより
    形成された圧電体を用いたことを特徴とするインクジェ
    ット記録ヘッド。
  19. 【請求項19】 圧力室と圧電体からなり、電気信号に
    より前記圧電体を変形させて、前記圧力室内部のインク
    を吐出させるインクジェット記録ヘッドを用いたプリン
    タ装置において、 前記圧電体を基板上に薄膜形成技術を用いて成長させる
    成長工程と、 前記圧電体の変形する部分の周囲の基板を残し、前記圧
    電体の変形する部分の基板を除去する除去工程とにより
    形成された圧電体を用いたインクジェット記録ヘッドを
    有することを特徴とするプリンタ装置。
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