JP2002210962A

JP2002210962A - 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: JP2002210962A
Application number: JP2001004949A
Authority: JP
Inventors: Akira Matsuzawa; 明松沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】印刷品質を良好に保持し、且つインク吐出特
性を向上すると共に高速印刷を実現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】ノズル開口が穿設されたノズルプレート
２０と、ノズル開口に連通する圧力発生室１２が画成さ
れた流路形成基板１０と、流路形成基板１０の圧力発生
室１２に対応する領域に振動板を介して設けられた下電
極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子
３００とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおい
て、圧力発生室１２は、その長手方向一端部で各圧力発
生室１２の共通インク室であるリザーバ１００とインク
供給路１４を介して連通されており、ノズルプレート２
０が、圧力発生室１２とインク供給路１４との境界部に
対向する領域に、圧力発生室１２から流出するインクの
流量を規制する流量規制部２２を有することにより、イ
ンク滴の吐出に伴うインクの振動を効果的に減衰させ
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】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、各圧力発生室と共通インク室であるリザーバ
とがインク供給路を介して連通されており、リザーバ内
のインクはインク供給路を介して各圧力発生室に供給さ
れるようになっている。そして、圧力発生室に供給され
るインクの流量は、インク供給路の流路抵抗、すなわ
ち、幅、深さ及び長さによって決定されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成のインクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生
室に供給されるインクの流量と共に、ノズル開口からイ
ンクを吐出する際に発生するインクの振動の減衰特性
も、このインク供給路の流路抵抗によって決定されてし
まう。したがって、圧力発生室に供給するインクの流量
とインクの振動の減衰特性との両方を満足するように、
インク供給路の流路抵抗を調整するのは困難であるとい
う問題がある。

【０００８】例えば、圧力発生室に供給されるインクの
流量を増加させようとする場合、インク供給路の流路抵
抗を小さくする必要があるが、インク供給路の流路抵抗
を小さくすると、インクの振動の減衰特性が低下、すな
わち、減衰時間が長くなり、良好な印刷品質で高速印刷
を行うことができないという問題が生じる。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、印刷品
質を良好に保持し、且つインク吐出特性が向上すると共
に高速印刷を実現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、ノズル開口が穿設されたノズルプレ
ートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成さ
れた流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室
に対応する領域に振動板を介して設けられた下電極、圧
電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインク
ジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室は、そ
の長手方向一端部で各圧力発生室の共通インク室である
リザーバとインク供給路を介して連通されており、前記
ノズルプレートが、前記圧力発生室と前記インク供給路
との境界部に対向する領域に、前記圧力発生室から流出
するインクの流量を規制する流量規制部を有することを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１１】かかる第１の態様では、流量規制部が圧力
発生室とインク供給路との境界部に設けられているの
で、圧力発生室に流入するインクの流量を規制すること
なく、圧力発生室から流出するインクの流量が規制され
る。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記リザーバと前記圧力発生室との間の流路抵抗
が、前記圧力発生室にインクが流入する方向と前記圧力
発生室からインクが流出する方向とで異なることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１３】かかる第２の態様では、流量規制部が設け
られることにより、リザーバと圧力発生室との間では、
インクの流れる方向で流路抵抗が異なる。

【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記流量規制部が、前記ノズル開口からのイ
ンク滴の吐出直後に前記圧力発生室から流出するインク
の流量を規制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。

【００１５】かかる第３の態様では、インク滴の吐出に
伴うインクの振動を効果的に減衰させることができる。

【００１６】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記流量規制部が、連続的に形成され
た複数の略同一パターン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。

【００１７】かかる第４の態様では、流量規制部を容易
に形成することができる。

【００１８】本発明の第５の態様は、第４の態様におい
て、前記パターンが前記圧力発生室の幅方向に沿って延
設された溝部であり、前記流量規制部が前記圧力発生室
の長手方向に並設された複数の前記溝部で構成されてい
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。

【００１９】かかる第５の態様では、複数の溝部によっ
て構成されているため、流量規制部を容易に形成できる
と共に、規制量を容易に調整できる。

【００２０】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記パターンが前記圧力発生室の幅方向に沿って延
設され前記圧力発生室側に突出する突出壁であり、前記
流量規制部が前記圧力発生室の長手方向に並設された複
数の前記突出壁で構成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。

【００２１】かかる第６の態様では、複数の突出壁によ
って構成されているため、流量規制部を容易に形成でき
ると共に、規制量を容易に調整できる。

【００２２】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記ノズルプレートが、シリコン、ガ
ラス、ステンレス、ニッケル及びガリウム砒素からなる
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。

【００２３】かかる第７の態様では、流量規制部を比較
的高精度且つ容易に形成することができる。

【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、前記流量規制部がドライエッチング法
によって形成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。

【００２５】かかる第８の態様では、流量規制部を比較
的高精度且つ容易に形成することができる。

【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。

【００２７】かかる第９の態様では、比較的容易に圧力
発生室を高精度且つ高密度に形成することができる。

【００２８】本発明の第１０の態様は、第１〜９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。

【００２９】かかる第１０の態様では、ヘッドのインク
吐出特性を向上すると共に、高速印刷が可能なインクジ
ェット式記録ヘッドを実現することができる。

【００３０】

【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。

【００３１】（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、図１の平面図及び断面図である。

【００３２】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
らなり、流路形成基板１０には、その一方の面から異方
性エッチングすることにより、複数の隔壁１１により区
画された圧力発生室１２が幅方向に並設されている。ま
た、圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザ
ーバ形成基板のリザーバ部に連通して各圧力発生室１２
の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成す
る連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向
一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されて
いる。

【００３３】また、この流路形成基板１０の他方の面に
は、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等からな
る、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。

【００３４】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。

【００３５】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、圧力発生室１２よ
り浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するイン
クの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、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。

【００３６】なお、このような流路形成基板１０の厚さ
は、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚
さを選択する。例えば、１インチ当たり１８０個（１８
０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合、流路
形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より
望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。ま
た、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発
生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さ
は、１００μｍ以下とするのが好ましい。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。

【００３７】また、流路形成基板１０の他方面側には、
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２１が穿設されたノズルプレート２０が
接着剤によって接合されている。このノズルプレート２
０は、例えば、シリコン、ガラス、ステンレス、ニッケ
ル及びガリウム砒素からなる群から選択される材料から
なる。本実施形態のノズルプレート２０は、面方位（１
００）のシリコン単結晶基板からなり、ノズル開口２１
はこのシリコン単結晶基板をドライエッチングすること
によって形成されている。なお、本実施形態では、ノズ
ル開口２１は、インク滴が吐出されるノズル部２１ａ
と、ノズル部２１ａよりも大きい径で形成されノズル部
２１ａと圧力発生室１２とを連通するノズル連通部２１
ｂとからなる。

【００３８】ここで、このノズル開口２１のノズル部２
１ａの大きさと圧力発生室１２の大きさとは、吐出する
インク滴の量、吐出スピード、吐出周波数等に応じて最
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、ノズル部２１ａは数十μｍの直径で
精度よく形成する必要がある。

【００３９】また、ノズルプレート２０には、各圧力発
生室１２とインク供給路１４との境界近傍に対向する領
域に、インクの流量を規制する流量規制部２２が、例え
ば、ノズル開口２１と同様にドライエッチングによって
形成されている。

【００４０】この流量規制部２２は、連続する複数の同
一パターンからなり、本実施形態では、圧力発生室１２
の幅方向に延設された複数の溝部２３で構成されてい
る。すなわち、これら複数の溝部２３が圧力発生室１２
の長手方向に複数個並設されることにより複数の壁２４
が形成される。そして、この壁２４の弾性力によってイ
ンクの流れが吸収され、実質的にインクの流量が規制さ
れる。

【００４１】また、流量規制部２２によるインクの流量
の規制量は、圧力発生室１２にインクが流入する方向
と、圧力発生室１２からインクが流出する方向とで異な
る。すなわち、圧力発生室１２と後述するリザーバとの
間の流路抵抗が、圧力発生室１２にインクが流入する方
向と圧力発生室１２からインクが流出する方向とで異な
っている。例えば、本実施形態では、この流量規制部２
２によって圧力発生室１２から流出するインクの流量の
みが規制され、圧力発生室１２とリザーバとの間の流路
抵抗は、圧力発生室１２からインクが流出する方向で、
大きくなっている。

【００４２】具体的には、ノズル開口２１からインク滴
を吐出した場合、その反動でインクには、圧力発生室１
２から流出する方向に流れ（振動）が生じる。すなわ
ち、図３（ａ）中に矢印で示すように、インクには、広
い空間（圧力発生室１２）から狭い空間（インク供給路
１４）に向かう流れが生じ、その流れは圧力発生室１２
とインク供給路１４との境界部に集中することになる。
そして、本実施形態では、このインクの流れが集中する
部分に流量規制部２２が設けられているため、この流量
規制部２２によってインクの流量が規制される。すなわ
ち、インクの流れが複数の壁２４の弾性力によって吸収
され、実質的にインクの流量が規制される。

【００４３】このように、圧力発生室１２からインクが
流出する方向では、流量規制部２２によってインクの流
量が規制されるため、インク滴の吐出に伴うインクの振
動の減衰時間が大幅に短縮される。

【００４４】一方、インク供給路１４から圧力発生室１
２にインクが供給される場合には、インクは狭い空間
（インク供給路１４）から広い空間（圧力発生室１２）
に流れることになる。すなわち、図３（ｂ）中に矢印で
示すように、インク供給路１４から圧力発生室１２に流
入したインクは、圧力発生室１２とインク供給路１４と
の境界部で多方向に広がるため、流量規制部２２によっ
てインクの流量がほとんど規制されることない。すなわ
ち、インクの流れが壁２４の弾性力によって吸収される
ことが無く、圧力発生室１２に良好にインクを供給する
ことができる。

【００４５】このように、本実施形態では、流量規制部
２２が、圧力発生室１２とインク供給路１４との境界部
に対応する領域のノズルプレート２０に設けられている
ため、圧力発生室１２に供給されるインクの流量はほと
んど規制されることがなく、圧力発生室１２から流出す
るインクの流量のみが実質的に規制される。これによ
り、インク滴の吐出に伴うインクの振動の減衰時間が短
縮されると共に、圧力発生室１２に常に良好にインクが
供給される。したがって、印刷品質を良好に保持でき、
且つインク吐出特性が向上すると共に高速印刷を実現す
ることができる。

【００４６】なお、インクの流量（規制量）の調整は、
壁２４の弾性力を調整することによって行えばよい。例
えば、溝部２３の深さを調整することによりインクの流
量を調整することができる。具体的には、溝部２３の深
さを深くすれば壁２４の面積が増加して弾性力が増加す
るため、インクの流量の規制量が多くなりインク流量は
少なくなる。逆に溝部２３の深さを浅くすれば壁２４の
弾性力が低下するため、インクの流量の規制量が少なく
なりインクの流量が増加する。勿論、溝部２３の幅又は
長さ、あるいは壁２４の厚さを調整することによってイ
ンクの流量（規制量）を調整するようにしてもよい。

【００４７】このようなノズルプレートの形成方法は、
特に限定されないが、例えば、以下に説明する方法で形
成することができる。

【００４８】まず、図４に示すように、ノズルプレート
となるシリコン単結晶基板２００の一方面側に、例え
ば、酸化シリコンからなり、ノズル開口２１となる領域
に所定形状の開口２１１を有すると共に、溝部２３とな
る領域に所定の深さの凹部２１２を有するマスク層２１
０を設け、このマスク層２１０を介してシリコン単結晶
基板２００をドライエッチングすることにより、ノズル
開口２１と溝部２３とが同時に形成される。なお、本実
施形態では、ノズル部２１ａ及びノズル連通部２１ｂの
それぞれをドライエッチングによって形成するようにし
たが、これに限定されず、ノズル連通部２１ｂは、ウェ
ットエッチングによって形成してもよい。すなわち、ノ
ズルプレートとなるシリコン単結晶基板の一方面側から
ドライエッチングすることによりノズル部を形成し、そ
の後、シリコン単結晶基板の他方面側から異方性エッチ
ングすることにより、ノズル部に連通するノズル連通部
を形成するようにしてもよい。

【００４９】一方、流路形成基板１０に設けられた弾性
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０．５〜３μｍの圧電体層
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、圧電体層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層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
層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。

【００５０】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法は、特に限定されないが、その一例を以
下に、図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６
は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。

【００５１】まず、図５（ａ）に示すように、まず、弾
性膜５０を形成する。具体的には、流路形成基板１０上
にジルコニウム層を形成後、例えば、５００〜１２００
℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウムからなる弾性
膜５０を形成する。

【００５２】次に、図５（ｂ）に示すように、スパッタ
リングで下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下
電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成す
る。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）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層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
層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。

【００５３】次に、図５（ｃ）に示すように、圧電体層
７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向して
いることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有
機物を触媒に溶解・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
らなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用
いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層
７０とした。圧電体層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、この圧電体層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】何れにしても、このように成膜された圧電
体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍであ
る。

【００５６】次に、図５（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。

【００５７】次に、図６（ａ）に示すように、圧電体層
７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３
００のパターニングを行う。

【００５８】次いで、図６（ｂ）に示すように、リード
電極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）
等からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に
亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニ
ングする。

【００５９】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、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、図６
（ｃ）に示すように、圧力発生室１２、連通部１３（図
示なし）及びインク供給路１４を同時に形成する。

【００６０】なお、実際には、このような一連の膜形成
及び異方性エッチングによって、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。そして、分割した流路形成基板１０に、後述する
リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０を
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。

【００６１】すなわち、図１及び図２に示すように、圧
力発生室１２等が形成された流路形成基板１０の圧電素
子３００側には、リザーバ１００の少なくとも一部を構
成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が
接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態で
は、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発
生室１２の幅方向に亘って形成されている。そして、こ
のリザーバ部３１が、弾性膜５０及び下電極膜６０を貫
通して設けられる貫通孔５１を介して流路形成基板１０
の連通部１３と連通され、各圧力発生室１２の共通のイ
ンク室となるリザーバ１００が構成されている。

【００６２】このリザーバ形成基板３０としては、例え
ば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板１０の熱
膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施
形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結
晶基板を用いて形成した。これにより、上述のノズルプ
レート２０の場合と同様に、熱硬化性の接着剤を用いた
高温での接着であっても両者を確実に接着することがで
きる。したがって、製造工程を簡略化することができ
る。

【００６３】さらに、このリザーバ形成基板３０には、
封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス
基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１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４１によってリザーバ部３１の一方面が
封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の
材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵ
Ｓ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１０
０に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口
部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可
撓性を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧力の変
化によって変形可能な可撓部３２となっている。

【００６４】また、このリザーバ１００の長手方向略中
央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ
１００にインクを供給するためのインク導入口３５が形
成されている。さらに、リザーバ形成基板３０には、イ
ンク導入口３５とリザーバ１００の側壁とを連通するイ
ンク導入路３６が設けられている。

【００６５】一方、リザーバ形成基板３０の圧電素子３
００に対向する領域には、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３３が設けらている。そして、圧電
素子３００の少なくとも圧電体能動部３２０は、この圧
電素子保持部３３内に密封され、大気中の水分等の外部
環境に起因する圧電素子３００の破壊を防止している。

【００６６】このように構成したインクジェット式記録
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３５からインクを取り込み、リザーバ１００
からノズル開口２１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及び圧電体層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２１からインク滴が吐出する。

【００６７】そして上述したように、本実施形態では、
圧力発生室１２とインク供給路１４との境界部に対向す
る領域のノズルプレート２０に、流量規制部２２が設け
られているので、インク滴の吐出に伴うインクの振動を
効果的に減衰させることができ、且つ圧力発生室１２に
供給されるインクの流量は規制されることがない。した
がって、印刷品質を良好に保持でき、且つインク吐出特
性を向上すると共に高速印刷を実現できる。

【００６８】（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断面図である。

【００６９】本実施形態は、流量規制部の他の例であ
り、図７に示すように、圧力発生室１２とインク供給路
１４との境界部に対向する領域のノズルプレート２０
に、圧力発生室１２側に突出する複数の突出壁２５から
なる流量規制部２２Ａを設けるようにした以外は実施形
態１と同様である。

【００７０】このような流量規制部２２Ａの形成方法
は、特に限定されないが、例えば、ノズル連通部２１ｂ
をドライエッチングで形成する際に、溝部２３と共に、
圧力発生室１２とインク供給路１４との境界部近傍で、
流量規制部２２Ａとなる領域以外を同時にドライエッチ
ングして凹部２６とすることによって容易に形成するこ
とができる。なお、この突出壁２５は、勿論、ウェット
エッチングで形成してもよい。

【００７１】このような構成としても、実施形態１と同
様に、流量規制部２２Ａによってインク滴の吐出に伴う
インクの振動を効果的に減衰させることができ、且つ圧
力発生室に供給されるインクの流量は規制されることが
ない。したがって、インク吐出特性を向上できると共
に、高速印刷を実現できる。

【００７２】なお、このような構成では、圧力発生室１
２から流出するインクの流量だけでなく、圧力発生室１
２に流入するインクの流量も流量規制部２２Ａによって
規制される場合があるが、この場合には、インク供給路
１４に対向する領域の凹部２６の大きさを調整すれば、
圧力発生室１２に良好にインクを供給することができ
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層を形
成するもの、又は水熱法等の結晶成長により圧電体層を
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８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８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。

【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、圧力
発生室とインク供給路との境界部に対向する領域のノズ
ルプレートに、インクの流量を規制する流量規制部を設
けるようにした。具体的には、圧力発生室から流出する
インクの流量を規制する流量規制部を設けるようにした
ので、圧力発生室に良好にインクを供給でき、且つイン
ク滴を吐出する際のインクの振動を効果的に減衰させる
ことができる。したがって、印刷品質を良好に保持で
き、且つインク吐出特性が向上すると共に高速印刷を実
現することができる。

【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】圧力発生室とインク供給路との境界部でのイン
クの流れを模式的に示す図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るノズルプレートの製
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２に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。

【図８】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隔壁１２圧力発生室２０ノズルプレート２１ノズル開口２２，２２Ａ流量規制部２３溝部２４壁２５突出壁２６凹部５０弾性膜６０下電極膜７０圧電体層８０上電極膜９０リード電極３００圧電素子３２０圧電体能動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口が穿設されたノズルプレート
と、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成された
流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室に対
応する領域に振動板を介して設けられた下電極、圧電体
層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインクジェ
ット式記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室は、その長手方向一端部で各圧力発生室
の共通インク室であるリザーバとインク供給路を介して
連通されており、前記ノズルプレートが、前記圧力発生
室と前記インク供給路との境界部に対向する領域に、前
記圧力発生室から流出するインクの流量を規制する流量
規制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、前記リザーバと前記
圧力発生室との間の流路抵抗が、前記圧力発生室にイン
クが流入する方向と前記圧力発生室からインクが流出す
る方向とで異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１又は２において、前記流量規制
部が、前記ノズル開口からのインク滴の吐出直後に前記
圧力発生室から流出するインクの流量を規制することを
特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記流
量規制部が、連続的に形成された複数の略同一パターン
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５】請求項４において、前記パターンが前記
圧力発生室の幅方向に沿って延設された溝部であり、前
記流量規制部が前記圧力発生室の長手方向に並設された
複数の前記溝部で構成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６】請求項５において、前記パターンが前記
圧力発生室の幅方向に沿って延設され前記圧力発生室側
に突出する突出壁であり、前記流量規制部が前記圧力発
生室の長手方向に並設された複数の前記突出壁で構成さ
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７】請求項１〜６の何れかにおいて、前記ノ
ズルプレートが、シリコン、ガラス、ステンレス、ニッ
ケル及びガリウム砒素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８】請求項１〜７の何れかにおいて、前記流
量規制部がドライエッチング法によって形成されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項９】請求項１〜８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１〜９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。