JP2000246888A

JP2000246888A - 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: JP2000246888A
Application number: JP5107699A
Authority: JP
Inventors: Shiro Yazaki; 士郎矢崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電体層の圧電特性を向上させ且つ変位量を
十分に得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。【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２の
一部を構成する振動板を介して前記圧力発生室１２に対
応する領域に下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０
を有する圧電素子３００を形成したインクジェット式記
録ヘッドにおいて、前記圧電素子３００を構成する前記
圧電体層７０の幅方向中央部７１の膜厚を幅方向両端部
７２より厚くし、圧電特性を向上させつつ変位量の低下
を最低限に抑える。

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に振動板を介
して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、圧電素子が軸方向に伸長、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、撓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、上述し
た薄膜技術およびリソグラフィ法による製造方法で形成
した圧電体層は、上述した厚膜のものより圧電特性が劣
り、十分な排除体積を得るのが困難であるという問題が
ある。

【０００８】また、薄膜形成技術で比較的厚い圧電体層
を形成すると圧電特性は向上するが、圧電素子の総膜厚
が厚くなる上、中立面が圧電体層の内部に位置してしま
うため、変位量はかえって低下してしまうという問題が
ある。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層
の圧電特性を向上させ且つ変位量を十分に得ることがで
き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】前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
一部を構成する振動板を介して前記圧力発生室に対応す
る領域に下電極、圧電体層及び上電極を有する圧電素子
を形成したインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記
圧電素子を構成する前記圧電体層の幅方向中央部の膜厚
が幅方向両端部より厚い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、圧電体層の幅方向
中央部は膜厚が実質的に厚く、中立面が圧電体層内部に
位置するので、圧電特性向上と厚膜化による変位低下と
が相殺されるが、一方、幅方向両端部及び腕部の振動板
は薄く、中立面が圧電体層の下側の振動板内に位置して
当該領域では下に凸に変形するので、幅方向全体では変
位効率及び排除体積効率が向上する。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記圧電素子の実質的な駆動部である圧電体能動部
は、その幅方向両端部が前記圧力発生室の開口端部より
内側に存在し、中央部の断面形状が前記圧力発生室とは
反対方向に突出した略凸型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。

【００１３】かかる第２の態様では、実質的に駆動され
る圧電体能動部が圧力発生室の隔壁から離れて内側にあ
るので、変位の効率が向上し、且つ断面が略凸状になっ
ているので、変位する範囲が大きく、排除体積が向上す
る。

【００１４】本発明の第３の態様は、第２の態様におい
て、前記圧電体能動部の幅方向外側の腕部では、前記上
電極及び前記圧電体層が除去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、圧電体能動部の幅
方向外側の圧力発生室の隔壁近傍の圧電体層が駆動され
ないので、その部分の圧電体層の駆動により変位効率の
低下が避けられる。

【００１６】本発明の第４の態様は、第２の態様におい
て、前記圧電体能動部の幅方向外側の腕部では、前記上
電極が除去され前記圧電体層は前記圧電体能動部から前
記圧力発生室の隔壁上まで連続的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。

【００１７】かかる第４の態様では、圧電体能動部の幅
方向外側の腕部では駆動されない圧電体層が残っている
ため、駆動による変位効率の低下が避けられると共に、
振動板腕部の破壊を防止することができる。

【００１８】本発明の第５の態様は、第２〜４の何れか
の態様において、前記圧電体能動部の幅方向両端部の前
記圧電体層の膜厚は、中央部の全体膜厚の１／２から前
記振動板の膜厚を引いた膜厚以上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。

【００１９】かかる第５の態様では、圧電体層の幅方向
中央部は中立面が圧電体層内部に位置して圧電特性向上
と厚膜化による変位低下とが相殺されるが、幅方向両端
部及び腕部の振動板では、中立面が圧電体層の下側の振
動板内に位置するので、当該領域では下に凸に変形して
幅方向全体では変位効率及び排除体積効率が向上する。
したがって、圧電体層の厚膜化に伴い中立面を圧電体層
より下にするために圧電体層を厚くした分だけ振動板を
厚くする必要がない。

【００２０】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記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、前記圧電素子を構
成する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。

【００２１】かかる第６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。

【００２２】本発明の第７の態様は、第１〜６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にある。

【００２３】かかる第７の態様では、ヘッドの信頼性を
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。

【００２４】

【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。

【００２５】（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、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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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を圧電素子３００の共通電極と
し、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としてい
るが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障は
ない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体
能動部が形成されていることになる。また、ここでは、
圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位
が生じる振動板と合わせて圧電アクチュエータと称す
る。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極膜６
０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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。かかる圧電体膜７０は、通常より厚
めに、例えば、厚さ２μｍ程度に形成する。

【００４２】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。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。

【００４３】ここで、本実施形態では、図５（ａ）に示
すように、下電極膜６０及び圧電体膜７０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。

【００４４】次いで、図５（ｂ）に示すように、圧電体
膜７０を、イオンプレーティング法等によりパターニン
グして、圧電体能動部３２０の中央部に対応する領域の
みを膜厚が厚いままの厚膜部７１とし、他の部分を薄膜
部７２とする。

【００４５】次に、図５（ｃ）に示すように、上電極膜
８０を圧電体膜７０の凹凸に合わせて成膜する。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。

【００４６】次いで、図５（ｃ）に示すように、圧電体
膜７０の薄膜部７２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。

【００４７】以上のように、下電極膜６０等をパターニ
ングした後には、好ましくは、各上電極膜８０の上面の
少なくとも周縁及び圧電体膜７０の側面を覆うように電
気絶縁性を備えた絶縁体層９０を形成する（図１参
照）。

【００４８】このような絶縁体層の形成プロセスを図６
に示す。

【００４９】まず、図６（ａ）に示すように、上電極膜
８０の周縁部及び圧電体膜７０の側面を覆うように絶縁
体層９０を形成する。この絶縁体層９０の材料は、本実
施形態ではネガ型の感光性ポリイミドを用いている。

【００５０】次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁体層
９０をパターニングすることにより、各圧力発生室１２
のインク供給側の端部近傍に対応する部分にコンタクト
ホール９０ａを形成する。このコンタクトホール９０ａ
は、リード電極１００と上電極膜８０とを接続するため
のものである。リード電極１００は、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設されている。また、リード電極１
００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されている。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に対向する位置に設けられているが、例え
ば、圧電体膜７０及び上電極膜８０を圧力発生室１２の
周壁上まで延設して、この周壁に対向する位置にコンタ
クトホール９０ａを設けるようにしてもよい。

【００５１】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６（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。

【００５２】なお、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。

【００５３】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。

【００５４】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図を図７に示
す。

【００５５】図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、下電
極膜６０、圧電体膜７０および上電極膜８０からなる圧
電素子３００は、本実施形態では、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となって
いる。また、圧電体能動部３２０の長手方向端部近傍に
は、圧電体能動部３２０上に設けられている絶縁体層９
０のコンタクトホール９０ａを介して上電極膜８０とリ
ード電極１００とが接続されている。

【００５６】本実施形態では、圧電体能動部３２０の大
部分を膜厚が約２μｍの圧電体膜７０の厚膜部７１で構
成しているので、例えば、膜厚が１．２μｍ程度の圧電
体膜より圧電特性が大幅に向上している。通常では、こ
のような厚膜の圧電体膜を用いると、総膜厚が厚くなる
上、振動板も厚くしないと中立面が圧電体膜内に位置し
てしまうので、実質的な変位量は低下してしまう。しか
しながら、本実施形態では、圧電体能動部３２０の断面
形状を略凸形状とし、圧電体能動部３２０の幅方向両側
部にも薄膜部７２を残して実質的な腕部として機能する
ようにすることにより、中立面を圧電体膜７０の下側に
することができ、圧電体膜７０の厚膜化による変位量の
低下を低減することができる。

【００５７】すなわち、圧電体層の幅方向中央部の膜厚
が実質的に厚い部分では、中立面が圧電体層内部に位置
するので、圧電特性向上と厚膜化による変位低下とが相
殺される一方、幅方向両端部及び腕部では振動板は薄
く、中立面が圧電体層の下側の振動板内に位置して当該
領域では下に凸に変形するので、幅方向全体では変位効
率及び排除体積効率が向上し、インク吐出特性が向上す
る。

【００５８】また、圧電体能動部３２０の幅方向両側の
腕部、すなわち、圧力発生室１２と隔壁との境界部分端
部は駆動により引っ張り応力が作用するが、この部分は
非駆動領域であるので駆動による変位効率低下が避けら
れ、しかも、本実施形態では圧電体膜７０も除去されて
いるので、変形しやすく、排除体積効率が大幅に向上す
る。なお、腕部では、下電極膜６０も除去するようにし
てもよい。また、振動板として、弾性膜５０と下電極膜
６０との間に、又は弾性膜５０の代わりに、酸化ジルコ
ニウムなどの薄膜を設けてもよい。

【００５９】ここで、圧電体能動部３２０の幅方向両端
部の圧電体層膜７０の薄膜部７２の膜厚は、中央部の全
体膜厚の１／２から振動板として作用する弾性膜５０及
び下電極膜６０の膜厚を引いた膜厚以上であるのが望ま
しい。このような膜厚構成とすることにより、幅方向中
央部では中立面が圧電体層内部に位置するので、圧電特
性向上と厚膜化による変位低下とが相殺されるが、幅方
向両端部及び腕部では中立面が圧電体層７０の下側の振
動板内に位置するようになり、該領域では下に凸に変形
するので、幅方向全体では変位効率及び排除体積効率が
向上する。したがって、圧電体層の厚膜化に伴い中立面
を圧電体層より下にするために圧電体層を厚くした分だ
け振動板を厚くする必要がない。

【００６０】なお、圧電体能動部３２０の幅方向両側の
腕部は、圧電体膜７０の薄膜部７２を残しておいてもい
いが、変位量を大幅に低下させないために、非駆動とす
る必要がある。すなわち、図８に示すように、圧電体能
動部３２０の幅方向両側の腕部は、上電極膜８０のみを
除去して圧電体膜７０の薄膜部７２を残すこともでき
る。このようにしても、腕部は非駆動領域であるため、
変位量の大幅な低下は避けられる。

【００６１】また、上述した実施形態で説明した製造プ
ロセスは単なる一例に過ぎず、本発明の構成は製造プロ
セスにより限定されるものではない。

【００６２】さらに、圧電体能動部３２０を駆動するた
めの配線の構成等も限定されない。すなわち、上述した
例では下電極膜６０を全面に亘って形成するようにし、
圧電体膜７０及び上電極膜８０を圧力発生室１２に対向
する領域内にパターニングするようにしたが、圧電体膜
７０及び上電極膜８０を、例えば、圧力発生室１２の端
部から外まで引き出すようにしてコンタクトホールを廃
止してもよい。また、下電極膜６０を圧力発生室１２に
対向する領域内にパターニングすることもでき、このよ
うな配線の構成は全く自由である。

【００６３】（他の実施形態）以上、本発明の一実施形
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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図９、その流路の断面を図１０にぞれぞれ示す。この
実施形態では、ノズル開口１１が圧電素子とは反対のノ
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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】また、圧電素子とリード電極との間に絶縁
体層を設けた例等を説明したが、これらに限定されず、
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。

【００７０】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。

【００７１】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１１
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。

【００７２】図１１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。

【００７３】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。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、圧電体
能動部の圧電体層の中央部のみを厚くして圧電特性を向
上させ且つ幅方向両端部を薄くすることにより厚膜化に
よる変位量の低下を回避して排除体積効率を向上させた
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の薄膜製造工程を示す断面
図である。

【図７】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８】本発明の一実施形態の変形例を示す要部断面図
である。

【図９】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断面図である。

【図１１】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７１厚膜部７２薄膜部８０上電極膜３００圧電素子３２０圧電体能動部

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の一部
を構成する振動板を介して前記圧力発生室に対応する領
域に下電極、圧電体層及び上電極を有する圧電素子を形
成したインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電素子を構成する前記圧電体層の幅方向中央部の
膜厚が幅方向両端部より厚い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、前記圧電素子の実質
的な駆動部である圧電体能動部は、その幅方向両端部が
前記圧力発生室の開口端部より内側に存在し、中央部の
断面形状が前記圧力発生室とは反対方向に突出した略凸
型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３】請求項２において、前記圧電体能動部の
幅方向外側の腕部では、前記上電極及び前記圧電体層が
除去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２において、前記圧電体能動部の
幅方向外側の腕部では、前記上電極が除去され前記圧電
体層は前記圧電体能動部から前記圧力発生室の隔壁上ま
で連続的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５】請求項２〜４の何れかにおいて、前記圧
電体能動部の幅方向両端部の前記圧電体層の膜厚は、中
央部の全体膜厚の１／２から前記振動板の膜厚を引いた
膜厚以上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６】請求項１〜５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、前記圧電素子を構成する各層が成膜及びリ
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７】請求項１〜６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。