JP2000263785A

JP2000263785A - アクチュエータ装置及びその製造方法並びに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: JP2000263785A
Application number: JP7330599A
Authority: JP
Inventors: Soichi Moriya; 壮一守谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電体層の絶縁破壊を防止したアクチュエー
タ装置及びその製造方法、並びに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】上電極８０の端部は下電極６０の端部よ
りも内側に位置して前記圧電素子３００の実質的な駆動
部となる圧電体能動部３２０の端部となっており、上電
極８０の端部より外側に突出した下電極６０上に圧電体
層７０を設けて実質的に駆動されない圧電体非能動部３
３０を構成すると共に下電極６０の端部の外側にも圧電
体層７０を設け、下電極６０端部近傍の圧電体層７０の
絶縁破壊を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電材料層に電圧
を印加することにより変位させる圧電素子を有するアク
チュエータ装置及びその製造方法に関し、特に、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、この振動板の表面に圧電素子を形成し
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、この場合、圧電材料層は振動板の表
面全体に設けたままで少なくとも上電極のみを各圧力発
生室毎に設けることにより、各圧力発生室に対応する圧
電素子を駆動することができるが、単位駆動電圧当たり
の変位量及び圧力発生室に対向する部分とその外部とを
跨ぐ部分で圧電体層へかかる応力の問題から、圧電体能
動部を構成する圧電体層及び上電極は、できるだけ圧力
発生室外に出ないように形成することが望ましい。

【０００８】そこで、下電極をパターニングした後に、
圧電体層及び上電極を成膜及びパターニングして圧電素
子を形成すると共に、その一端部から圧電体層及び上電
極を周壁上まで延設した構造が提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
構造では、通常パターニングされた下電極上に、例え
ば、ゾル−ゲル法等の湿式法、あるいはスパッタリング
法等で圧電体層を成膜するため、下電極の端部近傍の圧
電体層が他の部分よりも薄く形成されてしまう。この状
態で電圧を印加すると、圧電体層の薄い部分で電界強度
が大きくなってしまい、絶縁破壊が発生してしまうとい
う問題がある。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑み、圧電体
層の絶縁破壊を防止したアクチュエータ装置及びその製
造方法、並びに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。

【００１１】

【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、基板の一方面に絶縁層を介して設け
られた下電極、該下電極上に設けられた圧電体層及び該
圧電体層上に設けられた上電極からなる圧電素子を具備
するアクチュエータ装置において、前記上電極の端部は
前記下電極の端部よりも内側に位置して前記圧電素子の
実質的な駆動部となる圧電体能動部の端部となってお
り、前記上電極の端部より外側に突出した前記下電極上
には前記圧電体層が設けられて実質的に駆動されない圧
電体非能動部を構成すると共に前記下電極の端部の外側
にも前記圧電体層が設けられていることを特徴とするア
クチュエータ装置にある。

【００１２】かかる第１の態様では、圧電体能動部の端
部と下電極の端部との距離を離すことができ、圧電体能
動部の長手方向端部での電界集中による絶縁破壊が防止
される。

【００１３】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記圧電素子が前記基板に形成された圧力発生室に
対応する領域に設けられると共に前記圧電体能動部の端
部が前記圧力発生室内の周壁より内側に位置することを
特徴とするアクチュエータ装置にある。

【００１４】かかる第２の態様では、圧電体能動部の駆
動を妨げることがなく、圧電体層の絶縁破壊が防止され
る。

【００１５】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧電体層が前記下電極の端部と同一位置
又はその外側まで延設されていることを特徴とするアク
チュエータ装置にある。

【００１６】かかる第３の態様では、上電極と下電極と
が確実に絶縁され、下電極の端部近傍での圧電体層の絶
縁破壊が確実に防止できる。

【００１７】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記下電極の端部の外側に設けられた
圧電体層のさらに外側には、前記下電極とは不連続に設
けられ且つ一端が外部配線に接続される配線用下電極が
前記各圧電素子毎に設けられていることを特徴とするア
クチュエータ装置にある。

【００１８】かかる第４の態様では、下電極と配線用下
電極とが圧電体層によって確実に絶縁され、且つ容易に
配線を形成することができる。

【００１９】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記下電極が複数の隣接する圧電素子
に亘って連続的に設けられていることを特徴とするアク
チュエータ装置にある。

【００２０】かかる第５の態様では、下電極の剛性が向
上され、耐久性が向上する。

【００２１】本発明の第６の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記下電極が各圧電素子毎にパターニ
ングされていることを特徴とするアクチュエータ装置に
ある。

【００２２】かかる第６の態様では、圧電体能動部の駆
動による変位量が向上する。

【００２３】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様のアクチュエータ装置の前記基板がノズル開口に
連通する圧力発生室を画成する流路形成基板であり、該
流路形成基板の他方面側に、前記ノズル開口を有するノ
ズル形成基板が接合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７の態様では、圧電素子の駆動に
より、ノズル開口から良好なインク吐出を行うことので
きるインクジェット式記録ヘッドを実現することができ
る。

【００２５】本発明の第８の態様は、第７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薄膜及び
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。

【００２６】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。

【００２７】本発明の第９の態様は、第７又は８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。

【００２８】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ヘッドを実現することが
できる。

【００２９】本発明の第１０の態様は、基板上に絶縁層
を介して下電極層、圧電体層及び上電極層を順次積層し
て各層をパターニングし、前記下電極層、前記圧電体層
及び前記上電極層からなる圧電素子を形成する圧電素子
の形成方法において、前記下電極層を形成すると共にパ
ターニングして前記下電極層を除去した下電極層除去部
を形成する第１の工程と、この上に前記圧電体層及び前
記上電極層を成膜及びパターニングして前記圧電素子を
形成すると共に前記上電極層の端部を前記下電極層の端
部よりも内側に形成して前記圧電素子の実質的な駆動部
となる圧電体能動部の端部とする第２の工程とを有する
ことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にあ
る。

【００３０】かかる第１０の態様では、圧電体能動部を
比較的容易に形成することができる。

【００３１】本発明の第１１の態様は、第１０の態様に
おいて、前記第２の工程では、前記圧電素子を構成する
各層を成膜後、当該圧電素子の前記下電極層の端部近傍
に対応する領域の前記上電極層を除去することを特徴と
するアクチュエータ装置の製造方法にある。

【００３２】かかる第１１の態様では、圧電体非能動部
を比較的容易に形成することができる。

【００３３】本発明の第１２の態様は、第１０の態様に
おいて、前記第２の工程では、前記圧電素子を構成する
前記下電極層及び前記圧電体層を成膜後、前記上電極層
をマスク蒸着により前記圧電体層上の前記圧電素子の前
記下電極端部近傍に対応する領域以外の領域に蒸着する
ことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にあ
る。

【００３４】かかる第１２の態様では、圧電体非能動部
を比較的容易に形成することができる。

【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。

【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。

【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。

【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〜図６を参照しながら説明する。なお、図４及び
図６は、圧力発生室１２の長手方向の断面図であり、図
５は圧力発生室１２の幅方向の断面図である。

【００５０】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。

【００５１】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、イリジウム、酸化イリジウム又はこれ
らの合金等が好適である。これは、ゾル−ゲル法やスパ
ッタリング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としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）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、イ
リジウム、酸化イリジウム又はこれらの合金等が好適で
ある。

【００５２】次に、図４（ｃ）に示すように、下電極膜
６０を各圧力発生室１２毎に所定の形状にパターニング
する。すなわち、圧力発生室１２の長手方向一端部の周
壁に対向する領域の下電極膜６０をパターニングして、
各圧力発生室１２に対応してそれぞれ独立した配線用下
電極膜６１を形成する。

【００５３】次に、図４（ｄ）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。

【００５４】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。

【００５５】次に、図４（ｅ）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。

【００５６】その後、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。次いで、図６に示す
ように、各圧電体能動部３２０の配線用下電極膜６１側
の端部近傍の上電極膜８０をエッチングすることによ
り、圧電体能動部３２０の端部には、圧電体膜７０を有
するが実質的に駆動されない圧電体非駆動部３３０が形
成される。以上が膜形成プロセスである。また、このよ
うにして膜形成を行った後、図５（ｂ）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。

【００５７】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７に示す。

【００５８】図７に示すように、圧電体能動部３２０を
構成する圧電体膜７０及び上電極膜８０は基本的には各
圧力発生室１２内にパターニングされている。一方、下
電極膜６０は、並設された複数の圧力発生室１２に対応
する領域に亘って設けられ、且つ圧力発生室１２の長手
方向一端部側では圧力発生室１２に対応する領域の内側
でパターニングされている。

【００５９】また、本実施形態では、上電極膜８０の一
端部が下電極膜６０の端部よりも内側に位置しており、
この上電極膜８０の端部が圧電体能動部３２０の端部と
なっている。また、圧電体膜７０の端部は下電極膜６０
の端部と略同一位置であり上電極膜８０の端部よりも外
側に突出した下電極膜６０上にも圧電体膜７０は形成さ
れているが、この部分は実質的に駆動されない圧電体非
能動部３３０となっている。

【００６０】また、この圧電体非能動部３３０側の圧力
発生室１２の周壁上の下電極膜６０は、各圧電体能動部
３２０毎に独立してパターニングされ、各圧電体能動部
３２０の配線として用いられる配線用下電極膜６１とな
っている。そして、この配線用下電極膜６１は、一端が
図示しない外部端子に接続されると共に、圧電体非能動
部３３０上に延設されたリード電極１００を介して圧電
体能動部３２０の上電極膜８０と接続されている。な
お、この配線用下電極膜６１と下電極膜６０との間の下
電極膜６０がパターニングされた部分には、本実施形態
では、圧電体膜７０が除去されずに残留されており下電
極膜６０とリード電極１００とが絶縁されている。

【００６１】このように本実施形態では、圧電体能動部
３２０のリード電極１００の引き出し側の端部外側に、
例えば、上電極膜８０を除去することにより、連続的に
圧電体非能動部３３０を設けるようにした。これによ
り、圧電体能動部３２０の端部である上電極膜８０の端
部と下電極膜６０の端部との距離を大きくすることがで
きる。このため、圧電体能動部３２０への電圧印加によ
っても、圧電体能動部３２０の端部での電界強度が大き
くなることがなく、圧電体膜７０の絶縁破壊等を防止す
ることができる。また、圧電体能動部３２０の圧電体膜
７０の厚さが均一となるため圧電特性が向上する。

【００６２】なお、本実施形態では、圧電体能動部３２
０の各層を形成後、長手方向一端部の上電極膜８０を除
去することにより圧電体非能動部３３０としたが、この
方法に限定されず、例えば、下電極膜６０の端部近傍に
対応する領域の圧電体膜７０をマスクで覆った状態で上
電極膜８０を蒸着するいわゆるマスク蒸着により、下電
極膜６０の端部近傍の圧電体膜７０上に上電極膜８０を
蒸着しないようにし、この部分を圧電体非能動部３３０
としてもよい。

【００６３】また、本実施形態では、圧電体膜７０の端
部を下電極膜６０の端部と同一位置としたが、これに限
定されず、さらに外側、例えば、配線用下電極膜６１に
対向する領域まで延設するようにしてもよい。

【００６４】さらに、本実施形態では、下電極膜６０を
複数の隣接する圧電素子３００に亘って連続的に設ける
ようにしたが、これに限定されず、例えば、各圧電素子
３００毎にパターニングして、圧力発生室１２のリード
電極１００の引き出し側とは反対側から外部へ引き出す
ようにしてもよい。この場合、図８（ａ）に示すよう
に、各圧力発生室１２から引き出された下電極膜６０を
周壁上で連結して共通電極としてもよいし、または、図
８（ｂ）に示すように、各圧電素子３００毎に設けられ
た配線用下電極膜６１を連結して共通電極として、下電
極膜６０を各圧電素子３００の個別電極としてもよい。

【００６５】また、このように下電極膜６０を各圧電素
子３００毎にパターニングした場合には、圧電体膜７０
を下電極膜６０よりも広い幅で形成し、下電極膜６０の
幅方向両端の側面を圧電体膜７０で覆うようにしてもよ
い。

【００６６】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によ
り、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３
０、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。

【００６７】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。

【００６８】（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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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
ズル形成基板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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、上電極
膜の端部を下電極膜の端部よりも内側として圧電体能動
部の長手方向一端部側に上電極膜を有さない圧電体非能
動部を設け、圧電体能動部の端部と下電極膜の端部との
距離を離すようにした。これにより、圧電体能動部の端
部近傍での絶縁破壊を防止することができ、耐久性及び
信頼性を向上することができる。

【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】

１２圧力発生室５０弾性膜６０下電極膜６１配線用下電極膜７０圧電体膜８０上電極膜３００圧電素子３２０圧電体能動部３３０圧電体非能動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の一方面に絶縁層を介して設けられ
た下電極、該下電極上に設けられた圧電体層及び該圧電
体層上に設けられた上電極からなる圧電素子を具備する
アクチュエータ装置において、前記上電極の端部は前記下電極の端部よりも内側に位置
して前記圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部
の端部となっており、前記上電極の端部より外側に突出
した前記下電極上には前記圧電体層が設けられて実質的
に駆動されない圧電体非能動部を構成すると共に前記下
電極の端部の外側にも前記圧電体層が設けられているこ
とを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】請求項１において、前記圧電素子が前記
基板に形成された圧力発生室に対応する領域に設けられ
ると共に前記圧電体能動部の端部が前記圧力発生室内の
周壁より内側に位置することを特徴とするアクチュエー
タ装置。
【請求項３】請求項１又は２において、前記圧電体層
が前記下電極の端部と同一位置又はその外側まで延設さ
れていることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記下
電極の端部の外側に設けられた圧電体層のさらに外側に
は、前記下電極とは不連続に設けられ且つ一端が外部配
線に接続される配線用下電極が前記各圧電素子毎に設け
られていることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記下
電極が複数の隣接する圧電素子に亘って連続的に設けら
れていることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項６】請求項１〜４の何れかにおいて、前記下
電極が各圧電素子毎にパターニングされていることを特
徴とするアクチュエータ装置。
【請求項７】請求項１〜６の何れかのアクチュエータ
装置の前記基板がノズル開口に連通する圧力発生室を画
成する流路形成基板であり、該流路形成基板の他方面側
に、前記ノズル開口を有するノズル形成基板が接合され
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薄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９】請求項７又は８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。
【請求項１０】基板上に絶縁層を介して下電極層、圧
電体層及び上電極層を順次積層して各層をパターニング
し、前記下電極層、前記圧電体層及び前記上電極層から
なる圧電素子を形成するアクチュエータ装置の製造方法
において、前記下電極層を形成すると共にパターニングして前記下
電極層を除去した下電極層除去部を形成する第１の工程
と、この上に前記圧電体層及び前記上電極層を成膜及び
パターニングして前記圧電素子を形成すると共に前記上
電極層の端部を前記下電極層の端部よりも内側に形成し
て前記圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の
端部とする第２の工程とを有することを特徴とするアク
チュエータ装置の製造方法。
【請求項１１】請求項１０において、前記第２の工程
では、前記圧電素子を構成する各層を成膜後、当該圧電
素子の前記下電極層の端部近傍に対応する領域の前記上
電極層を除去することを特徴とするアクチュエータ装置
の製造方法。
【請求項１２】請求項１０において、前記第２の工程
では、前記圧電素子を構成する前記下電極層及び前記圧
電体層を成膜後、前記上電極層をマスク蒸着により前記
圧電体層上の前記圧電素子の前記下電極端部近傍に対応
する領域以外の領域に蒸着することを特徴とするアクチ
ュエータ装置の製造方法。