JP2000246896A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常に良好なインク吐出特性でインクを吐出す
ることの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。 【解決手段】 流路形成基板１０の圧電素子３００と同
一面側の圧電素子３００とは対向しない位置には圧力発
生室１２と連通して各圧力発生室１２にインクを供給す
るリザーバ２１を画成するリザーバ形成基板２０が接合
されると共に、流路形成基板１０のリザーバ２１に対向
する領域にはインク供給路５１を介して圧力発生室１２
に連通する連通部１３が設けられ、インク供給路５１に
対向する領域にはインク供給路５１の一部を塞ぐと共に
圧電素子３００とは独立して駆動される第２の圧電素子
３３０，３４０が片持ち梁状に設けられており、第２の
圧電素子３３０，３４０を駆動してインク供給連通路５
１の大きさを調整する。

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】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、一般に、各圧力発生室の共通のインク室とな
るリザーバが設けられており、このリザーバから各圧力
発生室にインクが供給される。また、このリザーバと圧
力発生室との間には、一端が圧力発生室に連通され且つ
圧力発生室よりも流路の狭いインク供給路が形成されて
おり、このインク供給路によって圧力発生室に流入する
インクの流路抵抗を一定に保持している。

【０００８】

【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、インク供給路の大きさでインク流量が
調整されている。したがって、インク供給路の大きさは
一定であるため、所定の駆動条件下のみでしか、インク
速度及びインク吐出量等の所望の吐出特性が得られない
という問題がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、常に良
好なインク吐出特性でインクを吐出することのできるイ
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】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、前記流路形成基板の一方面
に振動板を介して設けられ且つ少なくとも下電極、圧電
体層及び上電極を有する圧電素子を具備するインクジェ
ット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の前記圧
電素子と同一面側の当該圧電素子とは対向しない位置に
は前記圧力発生室と連通して各圧力発生室にインクを供
給するリザーバを画成するリザーバ形成基板が接合され
ると共に前記流路形成基板の前記リザーバに対向する領
域には前記圧力発生室に連通する連通部が設けられ、前
記リザーバと前記連通部とを連通するインク供給連通路
には前記圧電素子とは独立して駆動される片持ち梁状の
第２の圧電素子が前記インク供給連通路の少なくとも一
部を塞ぐように設けら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。

【００１１】かかる第１の態様では、第２の圧電素子を
駆動して片持ち梁の先端部を変形することにより、イン
ク供給連通路を塞ぐ面積を変化させ流路面積を調整する
ことができる。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記インク供給連通路には、一対の第２の圧電素子
がそれぞれの先端部が相対向するように設けられている
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、駆動により片持ち
梁状の一対の第２の圧電素子の先端部が変形し、インク
供給連通路の流路面積を広い範囲で調整することができ
る。

【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧力発生室と前記連通部とは、流路の狭
いインク供給路を介して連通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、インク供給連通路
が圧力発生室とは異なる位置に設けられているため、イ
ンク吐出への悪影響を防止することができる。

【００１６】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記連通部が前記ノズル開口とは反対側の前記圧力
発生室の長手方向端部に設けら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、ノズル開口とは離
れた位置にインク供給連通路が設けられているため、イ
ンク吐出への悪影響を確実に防止することができる。

【００１８】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記リザーバに対向する領域の前記第
２の圧電素子は、絶縁膜によって覆われていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１９】かかる第５の態様では、第２の圧電素子に
インクが外部と遮断され、インクによる第２の圧電素子
の不良を防止することができる。

【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、前記第２の圧電素子は、前記インク供
給連通路の流路面積を制御するために駆動されることを
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、圧電素子の駆動に
よる圧力発生室内の圧力を調整でき、インク吐出速度及
び吐出量を調整することができる。

【００２２】本発明の第７の態様は、第６の態様におい
て、前記インク供給連通路近傍の環境温度を検出する検
出手段を有し、前記第２の圧電素子は、前記検出手段の
検出結果に基づいて駆動され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。

【００２３】かかる第７の態様では、環境温度に伴うイ
ンクの粘度の変化に応じてインク供給連通路の流路面積
が調整され、常に均一な大きさのインク滴が吐出され
る。

【００２４】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。

【００２５】かかる第８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。

【００２６】本発明の第９の態様は、第１〜８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。

【００２７】かかる第９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。

【００２８】

【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。

【００２９】（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視図で
あり、図２は、図１の平面図及び断面図である。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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、
複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が幅
方向に並設され、各圧力発生室１２の長手方向一端部側
には、それぞれ連通部１３が形成されており、各圧力発
生室１２とインク供給路１４を介して連通されている。
この連通部１３は、後述するリザーバ形成基板に設けら
れるリザーバ２１とインク供給路１４を介して圧力発生
室１２とを接続するための中継室である。

【００３３】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。

【００３４】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。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、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、圧力発生室１２より浅く形成され
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。

【００３５】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１５が穿設されたノズルプレート１６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１６は、厚さが例えば、０．１〜１
ｍｍ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１６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。

【００３６】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１５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１５は数十μｍの直径で精度よく形成する必要
がある。

【００３７】また、流路形成基板１０の各圧力発生室１
２に連通される連通部１３とリザーバ形成基板２０のリ
ザーバ２１とは、連通部１３に対向する領域に設けられ
たインク供給連通路５１によって連通され、インクはこ
のインク供給連通路５１を介してリザーバ２１から各連
通部１３に分配され、さらにインク供給路１４を介して
圧力発生室１２に供給される。

【００３８】リザーバ形成基板２０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２１を有し、流
路形成基板１０の圧電素子３００側に、この圧電素子３
００とは対向しない位置に接合されている。また、この
リザーバ２１は、リザーバ形成基板２０を厚さ方向に貫
通して圧力発生室１２の並設方向に亘って形成されてお
り、上述のようにインク供給連通路５１を介して流路形
成基板１０の連通部１３と連通されている。

【００３９】さらに、このリザーバ形成基板２０には、
封止膜３１及び固定板３２とからなるコンプライアンス
基板３０が接合されている。ここで、封止膜３１は、剛
性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍの
ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）フィルム）からな
り、この封止膜３１によってリザーバ２１の一方面が封
止されている。また、固定板３２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３２のリザーバ２１に対
向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部３３
となっているため、リザーバ２１の一方面は可撓性を有
する封止膜３１のみで封止され、内部圧力の変化によっ
て変形可能となっている。

【００４０】また、このリザーバ２１の長手方向略中央
部外側のコンプライアンス基板３０上には、インクカー
トリッジ等のインク供給手段からインクを供給するため
のインク導入口２５が形成されており、リザーバ形成基
板２０にはインク導入口２５とリザーバ２１の側壁とを
連通するインク導入路２６が設けられている。そして、
これらインク導入口２５及びインク導入路２６を介して
インク供給手段からリザーバ２１にインクが供給され
る。

【００４１】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
が生じる振動板とを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。

【００４２】また、リザーバ形成基板２０のリザーバ２
１と流路形成基板１０の連通部１３とを連通するインク
供給連通路５１内には、このインク供給連通路５１の少
なくとも一部を塞ぐように、一対の第２の圧電素子３３
０及び３４０が設けられている。これら一対の第２の圧
電素子３３０及び３４０は、インク供給連通路５１の開
口面積を調整するためのものであり、本実施形態では、
インク供給連通路５１に対向する領域に片持ち梁状にそ
れぞれの先端部が所定の間隔で相対向するように圧電素
子３００の長手方向に沿って設けられている。

【００４３】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、圧電素子３００及び第２の圧電素子
３３０及び３４０等を形成するプロセスを図３及び図４
を参照しながら説明する。

【００４４】まず、図３（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。

【００４５】次に、図３（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。

【００４６】次に、図３（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。

【００４７】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。

【００４８】次に、図３（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。

【００４９】次に、図４（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各圧力発生
室１２に対応する領域に圧電素子３００をパターニング
すると共に、各連通部１３に対応する領域に第２の圧電
素子３３０及び３４０をパターニングする。さらに、第
２の圧電素子３３０及び３４０の間と片持ち梁の固定端
部を除く第２の圧電素子の周囲の下電極膜６０及び弾性
膜５０をパターニングにより除去することによりインク
供給連通路５１を形成する。

【００５０】次いで、図４（ｂ）に示すように、圧電素
子３００及び第２の圧電素子３３０及び３４０の上電極
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。

【００５１】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体能
動部３２０の上電極膜８０の長手方向端部の絶縁体層９
０の一部をパターニングしてコンタクトホール９０ａを
形成する。また、第２の圧電素子３３０及び３４０の所
定位置、例えば、本実施形態では、連通部１３の周壁に
対向する領域にそれぞれコンタクトホール９０ｂ及び９
０ｃを形成する。さらに、導電体層を全面に成膜した
後、パターニングすることによりリード電極１００及び
１１０を形成する。圧電素子３００に形成されたリード
電極１００の一端はコンタクトホール９０ａを介して圧
電体能動部３２０の上電極膜８０と接続され、他端は図
示しない外部配線と接続される。また、第２の圧電素子
３３０及び３４０に形成されたリード電極１１０は、両
端がそれぞれコンタクトホール９０ｂ及び９０ｃを介し
て各第２の圧電素子３３０及び３４０の上電極膜８０と
接続される。なお、このリード電極１００及び１１０
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。

【００５２】次いで、図４（ｄ）に示すように、第２の
圧電素子３３０及び３４０の上面及び側面を覆うように
第２の絶縁体層９５を形成する。この第２の絶縁体層９
５は、第２の圧電素子３３０及び３４０を構成する各層
をインクから保護する目的で形成されるものであり、各
第２の圧電素子３３０及び３４０のインク供給連通路５
１側の側面もこの第２の絶縁体層９５によって確実に覆
われるようにする。

【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４（ｅ）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及び連通部１３等を形
成する。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、リザーバ形成基板２０及びコン
プライアンス基板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。

【００５４】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２５からインクを取り込み、リザーバ２１か
らノズル開口１５に至るまで内部をインクで満たす。そ
の際、本実施形態では、詳しくは後述するように、圧力
発生室１２に流入するインクの流路抵抗が最適となるよ
うに、第２の圧電素子３３０及び３４０を駆動すること
によってインク供給連通路５１の開口面積を調整してい
る。また、圧力発生室１２内にインクを満たした後、図
示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、圧電素
子の上電極膜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１５からインク滴が吐出する。

【００５５】このように形成されたインクジェット式記
録ヘッドにおける圧力発生室１２及び連通部１３と圧電
素子３００及び第２の圧電素子３３０，３４０との位置
関係を示す要部平面及び断面を図５に示す。

【００５６】本実施形態では、上述のように各圧力発生
室１２に対応する領域には、圧電素子３００が形成さ
れ、図５に示すように、各圧力発生室１２毎に連通する
連通部１３とリザーバ２１とを連通するインク供給連通
路５１内には、一対の第２の圧電素子３３０及び３４０
が、それぞれの先端部が相対向するように圧電素子３０
０の長手方向に沿って設けられている。これらの第２の
圧電素子３３０及び３４０は、それぞれ、連通部１３に
対向する領域の外側から連通部１３に対向する領域に張
り出した片持ち梁状に設けられている。したがって、第
２の圧電素子３３０及び３４０の固定端部を除く周囲の
隙間が、リザーバ２１と連通部１３とを連通する開口面
積となる。

【００５７】また、これらの第２の圧電素子３３０及び
３４０は、圧電素子３００と同一層からなるが圧電素子
３００とは独立して駆動される。例えば、本実施形態で
は、上電極膜８０及び圧電体層７０をパターニングする
ことにより、圧電素子３００と第２の圧電素子３３０及
び３４０とが分離されている。そして、これら第２の圧
電素子３３０及び３４０は、圧電素子３００と同様に下
電極膜６０が共通電極となっており、上電極膜８０がそ
れぞれの第２の圧電素子の個別電極となっている。ま
た、第２の圧電素子３３０及び３４０の上電極膜８０
は、その外側に位置する第２の圧電素子３３０の圧電体
膜７０及び上電極膜８０が流路形成基板１０の端部近傍
まで延設されて上電極膜８０が図示しない外部配線と接
続されている。さらに、各連通部１３に対応する領域の
第２の圧電素子３３０及び３４０の上電極膜８０同士が
絶縁体層９０のコンタクトホール９０ｂ及び９０ｃを介
して、連通部１３の周囲に延設されたリード電極１１０
によって接続されている。したがって、外部の駆動回路
から外側に位置する第２の圧電素子３３０に電圧が供給
されることにより、リード電極１１０を介して第２の圧
電素子３４０も共に電圧が供給される。

【００５８】なお、これらの第２の圧電素子３３０及び
３４０は、一部がインク内に位置することになるが、少
なくともリザーバ２１内の第２の圧電素子３３０及び３
４０は、第２の絶縁体層９５によって完全に覆われてお
り、インクの付着によるショート等の不良の発生を防止
している。

【００５９】このような第２の圧電素子３３０及び３４
０に電圧が印加されると、第２の圧電素子３３０及び３
４０は、それぞれ片持ち梁状に設けられているため、図
６に示すように、それぞれの先端部が反り上がる。これ
により、第２の圧電素子３３０及び３４０の周囲の隙
間、すなわちインク供給連通路５１の開口面積が拡大さ
れ、リザーバ２１から連通部１３に供給されるインク流
量が増加する。

【００６０】また、このような第２の圧電素子３３０及
び３４０の駆動時期は、特に限定されないが、本実施形
態では、リザーバ２１からインク供給連通路５１を介し
て各圧力発生室１２に供給されるとき、すなわち、イン
ク滴を吐出するために圧電素子３００が駆動されて元に
戻るときに、各圧電素子３００の駆動に同期して駆動す
るようにした。これにより、インク供給連通路５１を通
過するインクの流路抵抗が常に最適な状態に調整され、
リザーバ２１から圧力発生室１２へのインク供給がスム
ーズに行われる。

【００６１】また、本実施形態では、第２の圧電素子３
３０及び３４０を、圧力発生室１２にインクが流入され
るときだけ駆動するようにした。したがって、ノズル開
口からインクを吐出する際には、インク供給連通路５１
が、最も狭い状態となっているため、圧電素子３００の
駆動による圧力の逃げを最小限とすることができ、イン
ク吐出速度及びインク吐出量を向上することができる。

【００６２】なお、本実施形態では、圧力発生室１２に
インクが供給される際に第２の圧電素子３３０及び３４
０を駆動してインク供給連通路５１を大きくするように
したが、これに限定されず、勿論インク吐出の際にも、
第２の圧電素子３００及び３４０を駆動するようにして
もよい。

【００６３】また、第２の圧電素子３３０及び３４０の
駆動電圧等の条件は、特に限定されないが、それぞれの
駆動条件で最適な流路抵抗となるようにすればよい。ま
た、例えば、第２の圧電素子３３０及び３４０の駆動条
件を、圧電素子３００の駆動電圧等の駆動条件に基づい
て、適宜変更するようにしてもよく、これにより、常に
最適な流路抵抗とすることができる。

【００６４】さらに、第２の圧電素子３３０及び３４０
の駆動条件を制御することにより、製品完成後に流路抵
抗を調整することができるという利点がある。

【００６５】また、これら第２の圧電素子３３０及び３
４０によってインク供給連通路５１の大きさを制御し
て、吐出されるインク滴の大小の打ちわけを行うことも
できる。例えば、圧電素子３００を駆動してインクを吐
出させる際、第２の圧電素子３３０及び３４０を駆動さ
せて、インク供給連通路５１を拡大した状態で圧電素子
３００を駆動させると、圧電素子３００の変形によって
発生する圧力の一部がリザーバ２１方向に逃げてしまう
ため、ノズル開口１５から吐出されるインク吐出量が減
少し小さいインク滴となる。一方、上述のように、第２
の圧電素子３３０及び３４０の駆動を解除してインク供
給連通路５１の開口面積を狭くした状態でインクを吐出
すると圧力の逃げが減少して、インク吐出量は第２の圧
電素子３３０及び３４０を駆動させたままの場合よりも
インク吐出量が増加し、相対的に大きいインク滴とな
る。このように、第２の圧電素子３３０及び３４０によ
ってインク吐出時の圧力の逃げを制御することにより、
インク吐出量を調整することができる。すなわち、イン
ク滴の大小の打ち分けを行うことができる。

【００６６】また、環境温度の変化に伴って、インクの
粘度が変化してインク吐出特性が変化する場合がある。
そこで、これに対応して、例えば、インク供給連通路５
１近傍の環境温度を検出する検出手段を設け、この検出
手段の検出結果に基づいて第２の圧電素子３３０及び３
４０の駆動条件を決定して、適宜変更するようにしても
よい。これにより、環境温度、すなわちインクの粘度に
関係なく、常に良好なインク吐出を行うことができる。

【００６７】なお、上述の実施形態では、各第２の圧電
素子３３０及び３４０の駆動をそれに対応した圧電素子
３００の駆動に同期して行うようにしたが、これに限定
されず、圧電素子３００の駆動条件に関係なく、例え
ば、印刷時等に全ての第２の圧電素子３３０及び３４０
を所定条件で駆動するようにしてもよい。

【００６８】また、本実施形態では、第２の圧電素子３
３０及び３４０を、上方に変形させるようにしたが、こ
れに限定されず、例えば、第２の絶縁体膜９５等の応力
又は膜厚を変化させて、下方に変形させるようにしても
よい。

【００６９】また、本実施形態では、圧電素子３００と
第２の圧電素子３３０及び３４０とを上電極膜８０及び
圧電体膜７０をパターニングすることにより分離してい
るが、これに限定されず、少なくとも上電極膜８０をパ
ターニングすることにより分離するようにしてもよい。

【００７０】（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。

【００７１】例えば、上述の実施形態では、リザーバ２
１と圧力発生室１２と連通部１３とをインク供給路１４
で連通するようにしたが、これに限定されず、例えば、
図７に示すように、流路形成基板１０にインク供給路１
４を設けずに、圧力発生室１２の長手方向端部の一部が
連通部１３Ａとなるようにし、この連通部１３Ａとリザ
ーバ２１とをインク供給連通路５１で連通するようにし
てもよい。また、上述の実施形態では、一対の第２の圧
電素子３３０及び３４０を先端部が相対向して設けるよ
うにしたが、これに限定されず、例えば、第２の圧電素
子３３０Ａを一方側のみに設けるようにしてもよい。こ
のような構成によっても、勿論、上述の実施形態と同様
な効果が得られる。

【００７２】また、例えば、上述の実施形態では、リザ
ーバ形成基板２０を連通部１３に対向する領域のみに設
けるようにしたが、これに限定されず、例えば、図８に
示すように、リザーバ形成基板２０に、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２４を一体的に設け、圧
電素子３００の少なくとも圧電体能動部３２０をこの圧
電素子保持部２４内に密封するようにしてもよい。これ
により、圧電素子３００を外部環境と遮断して、水分等
の外部環境による圧電素子３００の破壊を防止すること
ができ、ヘッドの耐久性を向上することができる。

【００７３】なお、上述の各実施形態では、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
等各種構造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。

【００７４】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。

【００７５】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９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。

【００７６】図９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１
Ｂ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。

【００７７】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。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、リザー
バと連通部との間に、これらを連通するインク供給連通
路の開口面積を変化させるための第２の圧電素子を設け
るようにした。これにより、圧電素子の駆動条件等に応
じてインク供給連通路の開口面積を変化させることがで
き、圧力発生室に供給するインク流量を常に最適な状態
とすることができる。また、ノズルからインクを吐出す
る際にインク供給連通路の開口面積を変化させることに
よりインク吐出量を調整することもでき、大小のインク
滴の打ち分けを行う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】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断面図である。

【図７】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８】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９】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 １５ ノズル開口 ５０ 弾性膜 ５１ インク供給連通路 ６０ 下電極膜 ７０ 圧電体膜 ８０ 上電極膜 ３００ 圧電素子 ３２０ 圧電体能動部 ３３０，３４０ 第２の圧電素子

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、前記流路形成基板の一方面に振
   動板を介して設けられ且つ少なくとも下電極、圧電体層
   及び上電極を有する圧電素子を具備するインクジェット
   式記録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板の前記圧電素子と同一面側の当該圧電
   素子とは対向しない位置には前記圧力発生室と連通して
   各圧力発生室にインクを供給するリザーバを画成するリ
   ザーバ形成基板が接合されると共に前記流路形成基板の
   前記リザーバに対向する領域には前記圧力発生室に連通
   する連通部が設けられ、前記リザーバと前記連通部とを
   連通するインク供給連通路には前記圧電素子とは独立し
   て駆動される片持ち梁状の第２の圧電素子が前記インク
   供給連通路の少なくとも一部を塞ぐように設けられてい
   ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記インク供給連通
   路には、一対の第２の圧電素子が、それぞれの先端部が
   相対向するように設けら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。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記圧力発生
   室と前記連通部とは、流路の狭いインク供給路を介して
   連通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。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記連通部が前記ノ
   ズル開口とは反対側の前記圧力発生室の長手方向端部に
   設けら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。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れかにおいて、前記リ
   ザーバに対向する領域の前記第２の圧電素子は、絶縁膜
   によって覆わ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。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れかにおいて、前記第
   ２の圧電素子は、前記インク供給連通路の流路面積を制
   御するために駆動されることを特徴とするインクジェッ
   ト式記録ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記インク供給連通
   路近傍の環境温度を検出する検出手段を有し、前記第２
   の圧電素子は、前記検出手段の検出結果に基づいて駆動
   されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項１〜７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。
9. 【請求項９】 請求項１〜８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。