JP2000225699A

JP2000225699A - 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: JP2000225699A
Application number: JP2926899A
Authority: JP
Inventors: Shiro Yazaki; 士郎矢崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2000-08-15
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: JP3611016B2

Abstract

(57)【要約】【課題】圧力発生室と周壁との境界部での圧電体層の
破壊を防止し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。【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２
と、この圧力発生室１２に対応する領域に設けられた下
電極６０、該下電極６０上に設けられた圧電体層７０及
び該圧電体層７０の表面に設けられた上電極８０からな
り、前記圧力発生室１２に対向する領域に実質的な駆動
部となる圧電体能動部３２０を有する圧電素子とを備え
るインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体能
動部３２０を構成する前記圧電体層７０及び前記上電極
８０が前記圧力発生室１２に対向する領域内から領域外
まで延設されており、該上電極８０の前記圧力発生室１
２の端部と周壁との境界部分に対応する領域に、膜厚が
他の部分よりも厚い厚膜部８５を設け、圧電体層７０の
破壊を防止する。

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振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッド及び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各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。

【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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構造では、一般的に圧電素子が圧力発生室の周壁
上まで延設されているため、圧力発生室の端部と周壁と
の境界部分で圧電素子への応力が大きくなり、圧電体層
が破壊してしまうという問題がある。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑み、圧力発
生室と周壁との境界部での圧電体層の破壊を防止したイ
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。

【０００９】

【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
と、この圧力発生室に対応する領域に設けられた下電
極、該下電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層の
表面に設けられた上電極からなり、前記圧力発生室に対
向する領域に実質的な駆動部となる圧電体能動部を有す
る圧電素子とを備えるインクジェット式記録ヘッドにお
いて、前記圧電体能動部を構成する前記圧電体層及び前
記上電極が前記圧力発生室に対向する領域内から領域外
まで延設されており、該上電極は、前記圧力発生室の端
部と周壁との境界部分に対応する領域に、膜厚が他の部
分よりも厚い厚膜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。

【００１０】かかる第１の態様では、圧電体能動部の駆
動の際、厚膜部によって圧力発生室の長手方向端部での
変位が抑えられ、応力集中による圧電体層の破壊が抑え
られる。

【００１１】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記厚膜部は、当該厚膜部以外の上電極を形成する
層と、この上に形成される異なる材料の厚膜部形成層と
からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
にある。

【００１２】かかる第２の態様では、上電極上に所定の
材料の厚膜部形成層を形成することによって厚膜部とな
る。

【００１３】本発明の第３の態様は、第２の態様におい
て、前記厚膜部形成層がＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌから
なる群から選択される材料からなることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドにある。

【００１４】かかる第３の態様では、厚膜部形成層を熱
伝導率の高い特定の材料で形成することにより、この厚
膜部形成層を介して圧電体能動部の駆動による熱が容易
に放熱される。

【００１５】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記厚膜部の表面は、パターニングさ
れて表面積が広くなっていることを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドにある。

【００１６】かかる第４の態様では、圧電体能動部の駆
動による熱がより確実に放熱される。

【００１７】本発明の第５の態様は、第２〜４の何れか
の態様において、前記厚膜部形成層が凹凸形状を形成す
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。

【００１８】かかる第５の態様では、厚膜部形成層の表
面積を容易に広くすることができる。

【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、前記厚膜部の膜厚が、該厚膜部以外の
膜厚より５％〜２０％だけ厚くなっていることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドにある。

【００２０】かかる第６の態様では、圧電体能動部の駆
動を妨げることなく、圧力発生室の長手方向端部での応
力集中による圧電体層の破壊が抑えられる。

【００２１】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記厚膜部が、前記境界部分から前記
圧力発生室の内方に向かって前記圧電体能動部の幅方向
中央部に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。

【００２２】かかる第７の態様では、圧力発生室の長手
方向端部近傍の変位量を段階的に変化させることがで
き、応力集中による圧電体層の破壊がより確実に抑えら
れる。

【００２３】本発明の第８の態様は、第７の態様におい
て、前記境界部分から前記圧力発生室の内方に向かって
前記圧電体能動部の幅方向中央部に延設された前記厚膜
部の幅が、前記圧力発生室の端部から内方に向かって徐
々に細くなっていることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドにある。

【００２４】かかる第８の態様では、圧力発生室の長手
方向端部近傍の変位量を徐々に変化させることができ、
応力集中による圧電体層の破壊がより確実に抑えられ
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、少なくとも前記圧力発生室の端部とそ
の周壁との境界を横切る部分の前記圧電体層及び前記上
電極が、他の部分よりも広い幅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、広い幅の圧電素圧
力発生室の端部での変位量がさらに抑えられる。

【００２７】本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れ
かの態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基
板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の
各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたもので
あることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。

【００２８】かかる第１０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。

【００２９】本発明の第１１の態様は、第１〜１０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。

【００３０】かかる第１１の態様では、ヘッドの特性が
向上し、信頼性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。

【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、その平面図及び１つの圧力発生室の長
手方向における断面図である。

【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。

【００３４】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】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。

【００３６】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板を水酸化カリウム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（１
１１）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
（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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】一方、流路形成基板１０の開口面とは反対
側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．５μｍ
の下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜
７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０と
が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３０
０を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極
膜６０、圧電体膜７０、及び上電極膜８０を含む部分を
いう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極
を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜７０を各圧力
発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、こ
こではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体
膜７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電
歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。本実施
形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極と
し、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としてい
るが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障は
ない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体
能動部が形成されていることになる。また、ここでは、
圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位
が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称す
る。

【００４５】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。

【００４６】まず、図４（ａ）に示すように、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。

【００４７】次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタ
リングで下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料
としては、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膜７０は、
成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０
００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるか
らである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このよう
な高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければなら
ず、殊に、圧電体膜７０として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
金が好適である。

【００４８】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。

【００４９】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。

【００５０】次に、図４（ｄ）に示すように、上電極膜
８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料で
あればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態
では、白金をスパッタリングにより成膜している。

【００５１】次に、図５（ａ）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３２０のパターニングを行う。

【００５２】次いで、本実施形態では、図５（ｂ）に示
すように、各上電極膜８０上に厚膜層８１を成膜及びパ
ターニングして上電極膜８０の所定の位置を厚膜部８５
とする。この厚膜層８１の材料は、例えば、上電極膜８
０と同一材料、あるいは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ又はＡ１等
の熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。本実施
形態では、上電極膜８０と同一材料である白金を用いて
いる。

【００５３】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、図５（ｃ）に示すように、前述
したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エ
ッチングを行い、圧力発生室１２等を形成する。

【００５４】このように形成されたインクジェット式記
録ヘッドの要部平面及び断面を図６に示す。

【００５５】本実施形態では、図６に示すように、下電
極膜６０が複数の圧力発生室１２に対応する領域に連続
して設けられている。また、圧電体膜７０及び上電極膜
８０が基本的には各圧力発生室１２に対向する領域内に
設けられて圧電体能動部３２０が形成されている。この
圧電体能動部３２０の圧電体膜７０及び上電極膜８０
は、圧力発生室１２の長手方向一端部から周壁に対向す
る領域まで延設されており、その端部近傍で外部端子と
接続されている。また、圧電体膜７０及び上電極膜８０
が周壁上に引き出される部分は、他の部分よりも幅が広
い幅広部３３０となっている。さらに、圧力発生室１２
の長手方向端部に対向する領域の上電極膜８０上には、
厚膜層８１が設けられて他の部分よりも膜厚の厚い厚膜
部８５となっている。この厚膜層８１は、本実施形態で
は、上電極膜８０と同一材料である白金で形成されてい
る。この厚膜部８１の厚さは、全体の膜厚の５％〜２０
％程度であることが好ましく、本実施形態では、約２０
０〜５００ｎｍの範囲としている。

【００５６】このように、本実施形態では、圧力発生室
１２の長手方向端部と周壁との境界部分の圧電体膜７０
及び上電極膜８０を他の部分よりも幅広の幅広部３３０
とすると共に上電極膜８０上に厚膜層８１を設けて膜厚
の厚い厚膜部８５とした。これにより、圧電体膜７０及
び上電極膜８０の周壁上への引き出し部分の剛性が向上
するため変位量が減少し、応力集中による破壊が防止で
きる。

【００５７】以上説明した圧電体能動部３２０及び圧力
発生室１２等の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。

【００５８】また、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３
１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、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及び圧電体膜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１１からインク滴が吐出する。

【００５９】（実施形態２）図７は、実施形態２に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部平面図である。

【００６０】本実施形態では、図７に示すように、厚膜
部８５が圧力発生室１２の端部と周壁との境界部分から
圧力発生室１２の内方に向かって圧電体能動部３２０の
幅方向中央部に延設されている。すなわち、厚膜層８１
の圧力発生室１２側には、幅広部３３０を越えて張り出
し部８１ａが延設されている。また、この厚膜層８１が
上電極膜８０と共に周壁に対向する領域に延設されてい
る以外、実施形態１と同様な構成である。

【００６１】また、このような厚膜層８１は、本実施形
態では、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｌ等の熱伝導
率の高い材料で形成するようにし、この厚膜層８１を圧
電体能動部３２０の駆動による発熱に対するヒートシン
クとしても機能させている。

【００６２】このような構成では、厚膜層８１が圧力発
生室１２の内方に向かって延設されて厚膜部８５となっ
ているので、圧力発生室１２対向する領域の幅広部３３
０の端部近傍の剛性が向上し、この部分での応力集中に
よる破壊が防止される。また、勿論、圧電体層７０及び
上電極膜８０の周壁上への引き出し部分の剛性もさらに
向上し、確実に変位量が低下し応力集中による破壊が防
止できる。

【００６３】さらに、本実施形態では、厚膜層８１を熱
伝導率の高い材料で形成しているため、圧電体能動部３
２０を駆動する際の発熱に対するヒートシンクとしての
働きをさせることがする。また、厚膜層８１を周壁に対
向する領域まで延設されているため、表面積が増加され
てヒートシンクとしての性能も向上される。

【００６４】（実施形態３）図８は、実施形態３に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部平面図である。

【００６５】本実施形態は、図８に示すように、厚膜層
８１の張り出し部８１ａは、その幅が圧力発生室１２の
内方ほど幅狭となっている以外は、実施形態２と同様で
ある。

【００６６】このような構成により、圧電体膜７０及び
上電極膜８０の周壁上への引き出し部分の剛性がより向
上される。また、張り出し部８１ａの幅が圧力発生室１
２の内方ほど幅狭となっているので、圧力発生室１２の
長手方向端部側ほど、剛性が高くなっている。したがっ
て、変位量が徐々に減少されて応力集中による破壊を確
実に防止することができる。また、この厚膜層８１は、
勿論、実施形態２と同様に、ヒートシンクとしての機能
も果している。

【００６７】（実施形態４）図９は、実施形態４に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部断面である。

【００６８】本実施形態は、膜厚層８１のヒートシンク
としての性能を向上させた例であり、図９に示すよう
に、厚膜層８１の表面に厚さ方向の一部を除去した複数
の凹部８２を設けて厚膜層８１の表面積を増加させた以
外は実施形態２と同様である。

【００６９】このような構成においても、上述の実施形
態と同様に、圧電体膜７０及び上電極膜８０の周壁上へ
の引き出し部分の剛性が向上され、変位量が低下して応
力集中による破壊を防止できる。また、本実施形態で
は、厚膜層８１の表面に複数の凹部８２を設けて表面積
を増加させたので、大気との接触面積が増加して放熱さ
れやすくなり、ヒートシンクとしての性能がさらに向上
する。

【００７０】なお、本実施形態では、厚膜層８１に厚さ
方向の一部除去した凹部８２を設けるようにしたが、こ
れに限定されず、例えば、図１０に示すように、厚膜層
８１に厚さ方向に完全に除去した凹部８２Ａを設けるよ
うにしてもよい。

【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、圧電体能動
部３２０の圧力発生室１２の長手方向端部から周壁上に
引き出される部分を、他の部分よりも幅の広い幅広部３
３０としたが、これに限定されず、勿論、幅広部３３０
は設けなくてもよい。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図１１、その流路の断面を図１２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。

【００７６】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
４０Ａ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。

【００７７】勿論、以上説明した各実施形態は、適宜組
み合わせて実施することにより、より一層の効果を奏す
るものであることは言うまでもない。

【００７８】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、又は水熱法等の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。

【００７９】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。

【００８０】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１３
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。

【００８１】図１３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。

【００８２】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３に沿
ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、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。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電体膜及び上電極膜の圧力発生室の端部を横切る部分
に、上電極膜が他の部分の膜厚よりも厚い厚膜部を設け
るようにした。これにより、圧力発生室の端部近傍での
剛性が増加して変位量が減少するため、応力集中による
破壊を防止することができる。また、この厚膜部を熱伝
導率の高い材料で形成することにより、圧電体能動部の
駆動による発熱に対するヒートシンクとして機能させる
ことができる。また、この厚膜部は複雑な形成プロセス
を必要とせず、容易に形成することができる。

【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斜視図である。

【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す断面
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断面
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】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図である。

【図８】本発明の実施形態３に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図である。

【図９】本発明の実施形態４に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す断面図である。

【図１０】本発明の実施形態４に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図１１】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの分解斜視図である。

【図１２】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドを示す断面図である。

【図１３】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８１厚膜層８５厚膜部３００圧電素子３２０圧電体能動部３３０幅広部

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と、こ
の圧力発生室に対応する領域に設けられた下電極、該下
電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層の表面に設
けられた上電極からなり、前記圧力発生室に対向する領
域に実質的な駆動部となる圧電体能動部を有する圧電素
子とを備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体能動部を構成する前記圧電体層及び前記上電
極が前記圧力発生室に対向する領域内から領域外まで延
設されており、該上電極は、前記圧力発生室の端部と周
壁との境界部分に対応する領域に、膜厚が他の部分より
も厚い厚膜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、前記厚膜部は、当該
厚膜部以外の上電極を形成する層と、この上に形成され
る異なる材料の厚膜部形成層とからなることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】請求項２において、前記厚膜部形成層が
Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌからなる群から選択される材
料からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記厚
膜部の表面は、パターニングされて表面積が広くなって
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】請求項２〜４の何れかにおいて、前記厚
膜部形成層が凹凸形状を形成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６】請求項１〜５の何れかにおいて、前記厚
膜部の膜厚が、該厚膜部以外の膜厚より５％〜２０％だ
け厚くなっていることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッド。
【請求項７】請求項１〜６の何れかにおいて、前記厚
膜部が、前記境界部分から前記圧力発生室の内方に向か
って前記圧電体能動部の幅方向中央部に延設されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項８】請求項７において、前記境界部分から前
記圧力発生室の内方に向かって前記圧電体能動部の幅方
向中央部に延設された前記厚膜部の幅が、前記圧力発生
室の端部から内方に向かって徐々に細くなっていること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項９】請求項１〜８の何れかにおいて、少なく
とも前記圧力発生室の端部とその周壁との境界を横切る
部分の前記圧電体層及び前記上電極が、他の部分よりも
広い幅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１〜９の何れかにおいて、前記
圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングに
より形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラ
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１１】請求項１〜１０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。