JP2000272125A

JP2000272125A - 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: JP2000272125A
Application number: JP7993499A
Authority: JP
Inventors: Soichi Moriya; 壮一守谷; Katsuto Shimada; 勝人島田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-10-03

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】下電極６０の端部が圧電素子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、下電極６０の端部の外側に絶縁層５０の材料とは
異なる絶縁材料からなり且つ下電極６０よりも実質的に
薄くない膜厚を有する第２の絶縁層６５を設け、下電極
層６０端部での圧電体層７０の膜厚の低下を防止する。

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具備するア
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
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、基板の一方面側に第１の絶縁層を介
して設けられた下電極、該下電極上に設けられた圧電体
層及び該圧電体層の表面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、前記下
電極の端部が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、前記下電極の端部の外側
には、第２の絶縁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、下電極の端部近傍
の圧電体層の膜厚が薄くなることがなく、圧電体層の電
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、前記第２の絶縁層が前記下電極と略同一の膜
厚を有す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、下電極と第２の絶
縁層との段差が小さく、これらの上に膜厚が略均一の圧
電体層を形成することができる。

【００１７】本発明の第４の態様は、第１〜３の態様の
何れかにおいて、前記第２の絶縁層が前記第１の絶縁層
とは異なる絶縁材料からな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、第２の絶縁層は、
絶縁材料の種類を問わず、機能を発揮する。

【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、前記圧電体層及び前記上電極が前記下
電極の端部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。

【００２０】かかる第５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
縁破壊を確実に防止できる。

【００２１】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、前記下電極とは前記第２の
絶縁層を介して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。

【００２２】かかる第６の態様では、下電極と配線用下
電極とが第２の絶縁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。

【００２３】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。

【００２４】かかる第７の態様では、下電極の剛性が向
上され、耐久性が向上する。

【００２５】本発明の第８の態様は、第１〜６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。

【００２６】かかる第８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。

【００２７】本発明の第９の態様は、第１〜８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。

【００２８】かかる第９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。

【００２９】本発明の第１０の態様は、第９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。

【００３０】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。

【００３１】本発明の第１１の態様は、第９又は１０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。

【００３２】かかる第１１の態様では、ヘッドの耐久性
及び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。

【００３３】本発明の第１２の態様は、基板上に第１の
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圧電素子の圧電体
能動部の端部となる領域に対応する位置に前記下電極層
を除去した下電極層除去部を形成する第１の工程と、前
記下電極層除去部に第２の絶縁層を形成する第２の工程
と、この上に前記圧電体層及び前記上電極層を形成する
と共にこれらをパターニングして前記圧電素子を形成す
る第３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。

【００３４】かかる第１２の態様では、第２の絶縁層に
より、下電極層の端部近傍で圧電体層の膜厚が薄くなる
のを抑えることができ、圧電体層の絶縁破壊が防止され
る。

【００３５】本発明の第１３の態様は、第１２の態様に
おいて、前記第２の工程は、前記基板の全面に前記第２
の絶縁層を形成する工程と、前記下電極層上に形成され
た前記第２の絶縁層を除去する工程とを含むことを特徴
とするアクチュエータ装置の製造方法にある。

【００３６】かかる第１３の態様では、下電極層の端部
に第２の絶縁層を比較的容易且つ確実に形成することが
できる。

【００３７】本発明の第１４の態様は、前記第２の絶縁
層が、前記第１の絶縁層とは異なる絶縁材料からなるこ
とを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。

【００３８】かかる第１４の態様では、第２の絶縁層
は、絶縁材料の種類を問わず、機能を発揮する。

【００３９】

【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。

【００４０】（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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】また、本実施形態では、圧電体能動部３２
０の端部の外側、すなわち下電極膜６０の端部の外側に
連続的して、少なくとも下電極膜６０と略同一の膜厚を
有する絶縁膜６５が設けられており、この絶縁膜６５上
を介して上電極膜８０と外部配線とを接続するリード電
極１００が設けられている。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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、
下電極膜６０を完全に除去した下電極膜除去部６１と
し、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６２を形成する。

【００５８】次に、図４（ｄ）に示すように、下電極膜
除去部６１に絶縁膜６５を形成する。本実施形態では、
絶縁膜６５を流路形成基板１０の全面に形成後、下電極
膜６０上の絶縁膜６５を除去することにより、下電極膜
除去部６１に絶縁膜６５を形成した。この絶縁膜６５と
しては、下電極膜６０と同様の理由により、熱に強い無
機材料、例えば、酸化シリコン膜又は酸化ジルコニウム
等を用いることが好ましく、本実施形態では、酸化ジル
コニウムを用いた。また、この絶縁膜６５の形成方法
は、特に限定されないが、例えば、スパッタリング法又
はＣＶＤ法等を用いることができる。なお、絶縁膜６５
として酸化シリコンを用いる場合には、スピンオングラ
ス（ＳＯＧ）法を用いてもよい。

【００５９】次に、図４（ｅ）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、スパッタリング法によっ
て形成してもよい。

【００６０】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。

【００６１】次に、図４（ｆ）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。

【００６２】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。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。

【００６３】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。

【００６４】図６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、並設された複数の隣接する圧電素子３０
０に亘って連続的に設けられ、且つ圧力発生室１２の長
手方向一端部側は、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。また、圧電体能動部３２
０を構成する下電極膜６０の端部の外側は、下電極膜６
０が除去された下電極膜除去部６１となっており、周壁
に対向する領域には下電極膜６０が各圧電体能動部３２
０毎に独立してパターニングされて各圧電体能動部３２
０の配線として用いられる配線用下電極膜６２が形成さ
れている。

【００６５】また、本実施形態では、圧電体能動部３２
０の端部の外側、すなわち、下電極膜６０の外側の下電
極膜除去部６１には、絶縁材料からなる絶縁膜６５が設
けられており、下電極膜６０と配線用下電極膜６１とが
確実に絶縁されている。また、圧電体膜７０及び上電極
膜８０はこの絶縁膜６５上でパターニングされ、絶縁膜
６５上を延設されるリード電極１００によって、上電極
膜８０と配線用下電極膜６２とが接続されている。

【００６６】このように、本実施形態では、圧電体能動
部３２０の端部である下電極膜６０の端部の外側に下電
極膜６０の膜厚と略同一の膜厚の絶縁膜６５を形成する
ようにした。詳しくは、下電極膜６０の端部外側の下電
極膜除去部６１に絶縁膜６５を形成後、圧電体膜７０及
び上電極膜８０を成膜及びパターニングして圧電体能動
部３２０を形成するようにした。これにより、下電極膜
６０の端部で圧電体膜７０の膜厚が薄くなることがな
く、この部分での圧電体膜７０の電界集中等による絶縁
破壊を防止することができる。

【００６７】なお、本実施形態では、圧電体膜７０及び
上電極膜８０を絶縁膜６５上でパターニングするように
したが、勿論、配線用下電極膜６２上まで延設するよう
にしてもよい。

【００６８】また、本実施形態では、リード電極１００
を介して上電極膜８０と配線用下電極膜６２とを接続す
るようにしたが、これに限定されず、例えば、圧電体膜
７０及び上電極膜８０を配線用下電極膜６２上まで延設
して、上電極膜８０と配線用下電極膜６２とを直接接続
するようにしてもよい。また、例えば、配線用下電極膜
６２を設けずに、上電極膜８０上から周壁上にリード電
極１００を延設して、リード電極１００と外部配線とを
接続するようにしてもよいし、圧電体膜７０及び上電極
膜８０を延設し、その端部近傍で上電極膜８０と外部配
線とを直接接続するようにしてもよい。

【００６９】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７（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
７（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６２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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】（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。

【００７４】例えば、上述した封止板２０の他、共通イ
ンク室形成基板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。

【００７５】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。

【００７６】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図８、その流路の断面を図９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，共通インク室形成基板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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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１０
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。

【００８２】図１０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。

【００８３】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。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、圧電体
能動部の端部である下電極膜の端部に絶縁材料からなる
絶縁膜を形成し、その後、圧電体膜及び上電極膜を成膜
及びパターニングして圧電体膜を形成するようにしたの
で、下電極膜６０の端部の圧電体膜の膜厚が薄くなるこ
とがなく、この部分の電界集中等による圧電体膜の絶縁
破壊を防止することができる。これにより、耐久性及び
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
記録ヘッドの分解斜視図である。

【図９】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドを示す断面図である。

【図１０】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下電極膜除去部６２配線用下電極膜６５絶縁膜７０圧電体膜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】基板の一方面側に第１の絶縁層を介して
設けられた下電極、該下電極上に設けられた圧電体層及
び該圧電体層の表面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、前記下電極の端部が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、前記下電極の端部
の外側には、第２の絶縁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、前記第２の絶
縁層が前記下電極と略同一の膜厚を有することを特徴と
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、前記第
２の絶縁層が前記第１の絶縁層とは異なる絶縁材料から
な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、前記圧
電体層及び前記上電極が前記下電極の端部の外側まで延
設されていることを特徴とするアクチュエータ措置。
【請求項６】請求項１〜５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、前記下電極とは前記第２の絶縁層を介して設けられ
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７】請求項１〜６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８】請求項１〜６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９】請求項１〜８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１０】請求項９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１１】請求項９又は１０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１２】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圧
電素子の圧電体能動部の端部となる領域に対応する位置
に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、前記下電極層除去部に第２の絶縁層を形成
する第２の工程と、この上に前記圧電体層及び前記上電
極層を形成すると共にこれらをパターニングして前記圧
電素子を形成する第３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１３】請求項１２において、前記第２の工程
は、前記基板の全面に前記第２の絶縁層を形成する工程
と、前記下電極層上に形成された前記第２の絶縁層を除
去する工程とを含む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１４】請求項１２又は１３において、前記第
２の絶縁層が前記第１の絶縁層とは異なる絶縁材料から
なることを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。