JP2017030370A - ノズルプレート及びインクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックスである圧電素子に複数のノズルを、精度良くかつ、安価に形成することができるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】このインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズル１０１と、ノズル１０１にインクを供給するインク圧力室２０１と、ノズル１０１を囲んで形成される振動板１０６と、ノズル１０１を囲んで振動板１０６に接して形成される第１電極と、ノズル１０１を囲んで第１電極に接して形成される圧電体膜１０８と、ノズル１０１を囲んで圧電体膜１０８に接して形成される第２電極と、ノズル１０１を囲んで第１電極、第２電極、もしくは振動板１０６に接して形成される保護膜１１０と、を有している。
【選択図】図７

Description

本発明の実施形態は、インクをノズルから吐出して画像を形成するインクジェットヘッドおよびそのインクジェットヘッド製造方法に関する。

画像信号に従ってノズルからインク滴を吐出し、記録紙上にインク滴による画像を形成するオンデマンド型インクジェット記録方式が知られている。オンデマンド型インクジェット記録方式は、主として発熱素子型ヘッドと圧電素子型ヘッドがある。発熱素子型ヘッドは、インク流路にある発熱体に通電してインク中に気泡を発生させ、その気泡によって押されたインクがノズルから吐出する構成となっている。圧電素子型ヘッドは、圧電素子の変形を利用してインク室に貯蔵されたインクをノズルから吐出させる構成である。
圧電素子（ピエゾ素子）は、電圧を力に変換する素子である。この圧電素子に電界を加えると、伸張または剪断変形を起こす。代表的な圧電素子として、チタン酸ジルコン酸鉛が使われている。
圧電素子を利用したインクジェットヘッドとして、圧電性材料で形成したノズル基板を用いた構成が知られている。このインクジェットヘッドでは、電極がノズル基板の両面に、ノズルを囲むように形成されている。インクはノズル基板とノズル基板を支える基板との間に入り込む。インクはノズル内でメニスカスを形成してノズル内に維持される。電極に高周波電圧を印加すると、ノズル基板が励振され、振動エネルギーがノズルの周縁端から中心に向かって放射、伝播する。ノズルの中心では振動エネルギーが集中し、インクの表面と垂直な方向のエネルギーを生じ、インクがインク滴として吐出する。

特開平１０−５８６７２号公報

セラミックスである圧電素子に複数のノズルを、精度良くかつ、安価に形成することは難しく、加工費を要するものとなっている。

本発明の実施形態のインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズルと、前記ノズルにインクを供給するインク圧力室と、前記ノズルを囲んで形成される振動板と、前記ノズルを囲んで前記振動板に接して形成される第１電極と、前記ノズルを囲んで前記第１電極に接して形成される圧電体膜と、前記ノズルを囲んで前記圧電体膜に接して形成される第２電極と、前記ノズルを囲んで前記第１電極面、前記第２電極面、もしくは前記振動板の面に接して形成される保護膜と、を具備している。前記保護膜は、ヤング率が前記振動板のヤング率より小さく、ポリイミド、ABS、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、から選択した材料になっている。

第１の実施形態におけるインクジェットヘッドの分解斜視図。（インク供給路４０２内のインクが非循環の場合） 第１の実施形態におけるインクジェットヘッドの分解斜視図。（インク供給路４０６内のインクが循環する場合） 第１の実施形態におけるインクジェットヘッドの平面図。 第１の実施形態におけるインクジェットヘッドの製造プロセスを示す図。 第１の実施形態における第４図の製造プロセスに続くインクジェットヘッドの製造プロセスを示す図。 第１の実施形態における第５図の製造プロセスに続くインクジェットヘッドの製造プロセスを示す図。 第１の実施形態における第６図の製造プロセスに続くインクジェットヘッドの製造プロセスを示す図。 第１の実施形態におけるインクジェットヘッドのＢ−Ｂ´断面図。 第１の実施形態におけるインクジェットヘッドのＣ−Ｃ´断面図。 第２の実施形態におけるインクジェットヘッドの製造プロセスを示す図。 第２の実施形態における第１０図の製造プロセスに続くインクジェットヘッドの製造プロセスを示す図。 第２の実施形態におけるインクジェットヘッドの断面図。 第３の実施形態におけるインクジェットヘッドの平面図。 第４の実施形態におけるインクジェットヘッドの平面図。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。図面で同じ番号は同じ構成を示している。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態が適用されるインクジェットヘッドの分解斜視図である。

図１に示されるインクジェットヘッド１は、ノズルプレート１００、インク圧力室構造体２００、セパレートプレート３００、インク供給路構造体４００、で構成されている。

ノズルプレート１００には、ノズルプレート１００の厚さ方向に貫通するインク吐出用の複数のノズル１０１（インク吐出孔）がある。

インク圧力室構造体２００には、複数のノズル１０１に対応する複数のインク圧力室２０１がある。１つのインク圧力室２０１は対応するノズル１０１に繋がっている。

セパレートプレート３００には、インク圧力室構造体２００に形成されるインク圧力室２０１に繋がるインク絞り３０１がある。インク絞り３０１は各インク圧力室２０１に対応して設けられ、後述するインク供給路４０２からインク圧力室２０１へインクを供給する開口となっている。

すなわち、複数のノズル１０１に対応してインク圧力室２０１とインク絞り３０１が設けられ、複数のインク圧力室２０１は、インク絞り３０１を通してインク供給路４０２と繋がっている。

各インク圧力室２０１は印刷媒体（例えば、用紙、プラスチックフィルム、など）に画像を印刷するためのインクを保持している。そしてノズルプレート１００のインク圧力室２０１に対応する部分の変形によって、各インク圧力室２０１内のインクに圧力変化が発生し、各ノズル１０１からインクを吐出する。この時、セパレートプレート３００に設けられたインク絞り３０１は、インク圧力室２０１内に発生した圧力を閉じ込めて、インク供給路４０２へ圧力が逃げることを防ぐ役割を果たす。そのため、インク絞り３０１の直径は、インク圧力室２０１の直径に対して１／４以下の大きさである。

インク供給路４０２は、インク供給路構造体４００にある。インク供給路構造体４００にはインクジェットヘッド1外部からインクを供給するインク供給口４０１がある。インク供給路４０２は、全てのインク圧力室２０１にインクを供給可能であるように、複数のインク圧力室２０１をすべて囲んでいる。すなわち、インク供給路４０２はインク絞り３０１を通して同時にすべてのインク圧力室２０１へインクを供給可能な大きさになっている。

インク圧力室構造体２００は、厚さ７２５μｍのシリコンウエハで作成している。各インク圧力室２０１は、直径２４０μｍの円筒形状である。各ノズル１０１はインク圧力室２０１の円筒の中心線に沿って設けられている。

セパレートプレート３００は、厚さ２００μｍのステンレスである。インク絞り３０１の直径は５０μｍとなっている。インク絞り３０１の形状は、それぞれのインク圧力室２０１へのインク絞りの流体抵抗がほぼ同程度になるように作られている。

尚、インク絞り３０１は、インク圧力室２０１の直径や深さなどの設計によって、不要とすることもできる。そのため、インク絞り３０１を備えるセパレートプレート３００がない構造でもインク吐出は可能である。

インク供給路構造体４００は厚さ４ｍｍのステンレスである。インク供給路４０２はステンレス表面から２ｍｍ深さとなっている。インク供給口４０１はインク供給路４０２のほぼ中央にある。

図２は、図１で説明したインク供給構造体４００とは異なる第２のインク供給路構造体４０５を有するインクジェットヘッド１を示している。第２のインク供給路構造体４０５は循環インク供給口４０７と循環インク排出口４０８を有する第２のインク供給路４０６を備えている。第２のインク供給路４０６を通してインクが循環するように、循環インク供給口４０７と循環インク排出口４０８はインク供給路４０６の両端付近に配置されている。第２のインク供給路４０６以外の構成は、図1で示すインクジェットヘッド１と同様な構成である。

インクが循環することにより、第２のインク供給路４０６内のインク温度を一定に保つことができる。よって図１のインクジェットヘッドと比べて、ノズルプレート１００の変形によって発生した熱によるインクジェットヘッド内の温度上昇を抑制する効果がある。

図１および図２で示されるインクジェットヘッド１のノズルプレート１００は、インク圧力室構造体２００の上に、後述する成膜プロセスにて形成された一体構造である。

インク圧力室構造体２００、セパレートプレート３００、インク供給路構造体４００（第２のインク供給路構造体４０５）はノズル１０１、インク圧力室２０１が所定の位置関係を保つように、エポキシ接着剤で固定されている。

インク圧力室構造体２００はシリコンウエハ、セパレートプレート３００、インク供給路構造体４００はステンレスで作成した。しかし、これら構造体２００、３００、４００の材料は、シリコンウエハ、ステンレスに限定されない。構造体２００、３００、４００はノズルプレート１００の膨張係数との差を考慮して、インク圧力室２０１内で発生するインク吐出圧力に影響しない範囲で他の材料にすることも可能である。例えば、セラミック材料としてアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、などの窒化物、酸化物を利用可能である。また、樹脂材料として、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンなどのプラスチック材を利用することも可能である。また、金属材料(合金)を用いることも可能であり、代表的な材料としては、アルミ、チタン、などの材料が挙げられる。

図３を参照し、ノズルプレート１００の構成について説明する。図３はノズルプレート１００をインク吐出側から見た平面図である。

ノズルプレート１００は、インクを吐出させるノズル１０１、ノズル１０１からインクを吐出させるための圧力を発生させるアクチュエータ１０２がある。また、ノズルプレート１００はアクチュエータ１０２を駆動するための信号を伝送する配線電極１０３と共有電極１０７がある。さらに、ノズルプレート１００は配線電極１０３の一部である、インクジェットヘッド１の外部からインクジェットヘッド１を駆動する信号を受ける配線電極端子部１０４、同様に、共有電極１０７の一部である、インクジェットヘッド１を駆動する信号を受ける共有電極端子部１０５を有している。

アクチュエータ１０２、配線電極１０３、配線電極端子部１０４、共有電極１０７、共有電極端子部１０５は、振動板１０６上に形成される。

ノズル１０１はノズルプレート１００を貫通している。１つのインク圧力室２０１の円形断面の中心と、対応するノズル１０１の中心は一致している。１つのインク圧力室２０１から対応するノズル１０１内にインクを供給する。ノズル１０１に対応するアクチュエータ１０２の動作によって振動板１０６が変形し、インク圧力室２０１内に発生した圧力変化によって、ノズル１０１に供給されたインクを吐出する。全てのノズル１０１は同じ動作である。

１つのインク圧力室２０１の円形断面の中心と、対応するノズル１０１の中心がずれた構成のインクジェットヘッド１でも、インク圧力室２０１内に発生する圧力によって、ノズル１０１からインクを吐出させることは可能である。１つのインク圧力室２０１の円形断面の中心と、対応するノズル１０１の中心が一致しているインクジェットヘッド１は、一致していないインクジェットヘッド１に比べインクの吐出方向を均一化できる。

ノズル１０１は円筒形状となっており、直径２０μｍである。

アクチュエータ１０２は圧電体膜で構成されている。圧電体膜と圧電体膜を挟む２つの電極（配線電極１０３と共有電極１０７）で各アクチュエータ１０２は動作する。圧電体膜と２つの電極は、圧電体層、配線層、共有電極層と層状に形成されている。圧電体膜を成膜すると、圧電体膜の膜厚方向に分極が発生する。電極を介して分極の方向と同方向の電界を圧電体膜に印加すると、アクチュエータ１０２は電界方向と直交する方向に伸縮する。この伸縮を利用して振動板１０６が、ノズルプレート１００の厚み方向に変形しインク圧力室２０１内のインクに圧力変化を発生させる。圧電体膜はインク圧力室２０１に合わせて円形にパターニングされ、かつノズル１０１と同心の円形開口を有している。円形の圧電体膜の直径は１７０μｍとする。つまり、圧電体膜はノズル１０１の吐出側開口と同心円でノズル１０１の吐出側開口を囲んでいる。

中心にノズル１０１を配置したアクチュエータ１０２は直径１７０μｍの圧電体膜で構成されているので、より高密度にノズル１０１を配置するためにアクチュエータ１０２は千鳥状（互い違い）に配置されている。図３のＸ軸方向に複数のノズル１０１が直線状に配置される。Ｙ軸方向に直線状のノズル列が２列ある。Ｘ軸方向で隣接するノズル１０１の中心間距離は３４０μｍとなっている。Ｙ軸方向ではノズル１０１の２列の配置間隔が２４０μｍとなっている。このように配置することで、配線電極１０３はＸ軸方向で２つのアクチュエータ１０２間を通って形成される。

圧電体膜の材料は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた。他の材料として、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ３：チタン酸鉛）ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＺｎＯ、ＡｌＮなどを用いることも可能である。

圧電体膜はＲＦマグネトロンスパッタリング法により基板温度３５０℃で成膜した。膜厚は１μｍとした。圧電体膜成膜後、圧電体膜に圧電性を付与するために、５００℃で３時間熱処理を行った。これにより、良好な圧電性能を得ることができた。圧電体膜の他の製法として、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ゾルゲル法、ＡＤ法（エアロゾルデポジション法）、水熱合成法などを用いることも可能である。圧電体膜の厚さは、圧電特性と絶縁破壊電圧などによって決定される。圧電体膜の厚さは、概ね０．１μｍから５μｍの範囲である。

複数の配線電極１０３は、アクチュエータ１０２の圧電体膜に繋がる２つの電極の一方である。複数の配線電極１０３は圧電体膜に対しては吐出側に成膜されている。各配線電極１０３は対応するアクチュエータ１０２の圧電体膜に個別に繋がる。各配線電極１０３は圧電体膜を独立に動作させるための個別電極として作用する。各配線電極１０３は、円形の圧電体膜より大径の円形の電極部分（アクチュエータ配線電極）と配線部、配線電極端子部１０４で構成される。円形の電極部分の中心にはノズル１０１が形成されるため、ノズル１０１と同心円状に配線電極膜がない部分ができる。

複数の配線電極１０３は、Ｐｔ（白金）薄膜で形成した。薄膜の成膜はスパッタリング法を用い、膜厚０．５μｍとした。配線電極１０３の他の電極材料として、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ(金)などを利用することも可能である。他の成膜法として、蒸着、鍍金を用いることも可能である。複数の配線電極１０３の望ましい膜厚は０．０１から１μｍである。

共有電極１０７は、圧電体膜に繋がる２つの電極の一方であり、圧電体膜に対してはインク圧力室２０１側に成膜されている。言い換えれば、共有電極１０７は振動板１０６のインク圧力室２０１と反対側に形成される。共有電極１０７は、各アクチュエータ１０２に対応する圧電体膜に共有して繋がり、共通電極として作用する。共有電極１０７は、円形の圧電体膜より小径の円形の電極部分、アクチュエータ１０２の個別電極配線部の反対側に配置されノズルプレート１００のＸ軸方向両端で集結された配線部、共有電極端子部１０５で構成される。円形の電極部分の中心にはノズル１０１が形成されるため、個別電極の配線電極膜と同様に、ノズル１０１と同心円状に共有電極膜がない部分ができる。

共有電極１０７は、Ｐｔ（白金）/Ｔｉ(チタン)薄膜で形成した。薄膜の成膜はスパッタリング法を用い、膜厚０．５μｍとした。共有電極１０７の他の電極材料として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕなどを利用することも可能である。他の成膜法として、蒸着、鍍金を用いることも可能である。共有電極１０７の望ましい膜厚は０．０１から１μｍである。

配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５は、外部駆動回路からアクチュエータ１０２を駆動するための信号を受信するために設けられている。配線電極１０３と共有電極１０７はアクチュエータ１０２の間を通して配線するため、この実施例では配線幅は８０μｍ程度となる。

共有電極端子部１０５は、Ｘ軸方向で見たとき個別配線端子部１０４の両側にある。各配線電極端子部１０４の間隔は、ノズル１０１が千鳥配列されているのでノズル１０１のＸ軸方向の間隔１７０μｍと同じになるので、配線電極１０３の配線幅に比べて配線電極端子部１０４のＸ軸方向の幅を広くすることができる。このため外部駆動回路との接続は容易になっている。配線電極１０３がアクチュエータ１０２を駆動する個別電極として機能する。外部駆動回路は、共通電極端子部１０５へ接続する配線と各個別配線電極端子部１０４へ接続する配線を備え、画像信号に従って個別電極１０３に選択的に電圧を印加するＩＣになっている。選択された個別電極１０３と共通電極１０７間に電圧を印加してアクチュエータ１０２を動作させ、ノズル１０１からインクを吐出する。

図３のＡ−Ａ´断面を参照し、このインクジェットヘッドの製造方法について説明する。

図４（ａ）から図７（ｍ）はインクジェットヘッドの加工プロセス毎に作成した状態を示している。インクジェットヘッドは、インクジェットヘッドを構成する材料の薄膜形成またはスピンコーティングによって形成している。

図４（ａ）はインク圧力室構造体２００上に振動板１０６を成膜した構成を示している。ノズルプレート１００を形成するために、鏡面研磨されたシリコンウエハをインク圧力室構造体２００に用いている。ノズルプレート１００を作成するプロセスにおいて、加熱、薄膜の成膜を繰り返すため、耐熱性のあるシリコンウエハを利用している。シリコンウエハは、ＳＥＭＩ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）規格に準じた、厚さ５２５〜７７５μｍの平滑化されたものである。シリコンウエハの代わりに、耐熱性があるセラミックス、石英あるいは各種金属の基板を使うことも可能である。

振動板１０６は、ＣＶＤ法成膜したＳｉＯ２膜（二酸化ケイ素）を用いた。インク圧力室構造体２００上の全面に膜厚６μｍの成膜を行った。振動板１０６の形成は、ＣＶＤ法の他に、シリコンウエハを酸素雰囲気で加熱処理することによりシリコンウエハの表面にＳｉＯ２膜が形成される熱酸化法を用いても良い。

振動板１０６の膜厚は１から５０μｍの範囲が望ましい。ＳｉＯ２に代えて、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）、ＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）を用いることもできる。振動板１０６の材料選択は、耐熱性、絶縁性、熱膨張係数、平滑性、インクに対する濡れ性も考慮して行っている。絶縁性が低い振動板１０６を有するインクジェットヘッド１で導電率が高いインクを吐出する場合、アクチュエータ１０２を駆動する電圧によってインク中に電流が流れ、導電性インクが電気分解されることがある。インクの電気分解により、アクチュエータにインクの分解した物質が付着しインクジェットヘッド１の特性が劣化する可能性がある。そのため、水性インクのように導電率が高いインクを用いることも考慮して、振動板１０６の抵抗率はより高い方が望ましい。

図４（ｂ）は、振動板１０６上に成膜した共有電極１０７の成膜を示している。電極材料はＰｔ/Ｔｉである。ＴｉとＰｔを順番にスパッタリング法を用いて成膜した。Ｔｉの膜厚は０．４５μｍとし、Ｐｔ膜厚は０．０５μｍとした。

電極膜を成膜した後に、アクチュエータ１０２と配線部、共有電極端子部１０５に適した形状に電極膜をパターニングし共有電極１０７を形成した。パターニングは、電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスクで被覆された部分以外の電極材料をエッチングによって除去することで行った。エッチングマスクは、感光性レジストを電極膜上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像工程を経てポストベークを行って形成した。

共有電極１０７の圧電体膜１０８に相当する部分は、圧電体膜の外径より小さく、外径１６６μｍの円形パターンになっている。円形の共有電極１０７の中心にノズル１０１が形成されるため、円形共有電極１０７の中心から同心円で直径３４μｍの電極膜がない部分を形成した。共有電極１０７をパターニングすることで、共有電極１０７の円形部と配線部以外は振動板１０６が露出している。

図４（ｃ）は共有電極１０７上に形成した圧電体膜１０８を示している。共有電極１０７、振動板１０６上に、圧電体膜１０８を形成する。圧電体膜１０８はＰＺＴを用いている。１μｍ厚の圧電体膜１０８を基板温度３５０℃にてスパッタリング法で作成した。ＰＺＴ薄膜に圧電性を付与するために、５００℃３時間の熱処理を行った。ＰＺＴ薄膜は成膜すると、共有電極１０７から膜厚方向に沿って、分極が発生する。すなわち、ＰＺＴ膜は振動板１０６の面に対して法線方向に分極する。

圧電体膜１０８のパターニングは、圧電体膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外の圧電体材料をエッチングによって除去することで行った。エッチングマスクは、圧電体膜上に感光性レジストを塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像工程を経てポストベークを行って形成した。

圧電体膜１０８のパターンは外径１７０μｍの円形となっている。円形パターンの中心にはノズル１０１が形成されるため、円形の圧電体膜１０８の中心から同心円で直径３０μｍの圧電体膜がない部分を形成した。直径３０μｍの圧電体膜のない部分は、振動板１０６が露出している。円形の圧電体膜がない部分の直径が３０μｍであり、円形の共有電極１０７がない部分の直径が３４μｍであるので、圧電体膜１０７がアクチュエータ１０２を構成する共有電極１０７を覆うように形成される。圧電体膜１０８が共有電極１０７を覆うことで、共有電極１０７と圧電体膜１０８に電圧を印加するためのもう一方の配線電極１０３との間の絶縁性を確保することができる。すなわちアクチュエータ１０２を駆動するための個別電極となる配線電極１０３と共有電極１０７とを圧電体膜１０７によって絶縁している。

図４（ｄ）は、図３のＤにあたる箇所の圧電体膜１０８と共有電極１０７上の絶縁膜１０９を示している。絶縁膜１０９は、共有電極１０７の配線部とアクチュエータ１０２を構成するアクチュエータ配線電極１０３の絶縁を保つために、圧電体膜１０８と共有電極１０７の表面上に絶縁膜を形成する。絶縁膜１０９の厚みは０．２μｍ、材料はＳｉＯ２とした。成膜は良好な絶縁性を低温で成膜できるＣＶＤ法を用いた。絶縁膜１０９は、圧電体膜１０８と共有電極１０７の表面のみ成膜されていればよいので、パターニングを行った。レジストを塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンのマスクを用いて露光し、現像し、ポストベークを行って、エッチングマスクを定着した。このエッチングマスクを用いてエッチングを行い、所望な形状の絶縁薄膜を得た。パターニング加工のバラツキを考慮して、絶縁膜１０９は圧電体膜１０８を一部覆うようにパターニングした。絶縁膜１０９が圧電体膜１０８を覆う量は、圧電体膜１０８の変形量を阻害しない程度とした。

図５（ｅ）は、振動板１０６、圧電体膜１０８、絶縁膜１０９上に成膜した配線電極１０３（個別配線電極）を示している。配線電極１０３はＰｔの膜厚０．５μｍとなっている。配線電極１０３はスパッタリング法によって成膜した。電極を振動板１０６、圧電体膜１０８、絶縁膜１０９上に成膜した後に、アクチュエータ１０２と配線部、配線電極端子部１０４に適した形状に電極膜をパターニングし個別配線電極１０３を形成した。パターニングは、電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外の電極材料をエッチングによって除去することで行った。エッチングマスクは、感光性レジストを電極膜上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像工程を経てポストベークを行って形成した。

配線電極１０３の圧電体膜１０８に相当する部分は外径１７４μｍの円形パターンになっている。円形の配線電極１０３の中心にノズル１０１が形成されるため、円形配線電極１０３の中心から同心円で直径２６μｍの電極膜がない部分を形成した。すなわち、アクチュエータ１０２を構成する円形の配線電極１０３は、圧電体膜１０８全体を覆う形状になっている。

配線電極膜１０３の他の成膜材料として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕを利用することができる。配線電極膜１０９の他の成膜方法として、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。配線電極膜１０３の膜厚は０．０１〜１μｍの範囲が好ましい。

図５（ｆ）は、振動板１０６、配線電極１０３、共有電極１０７、絶縁膜１０９上に成膜した保護膜１１０と金属膜１１１を示している。各膜は振動板１０６上に層状に形成されている。保護膜１１０は、ポリイミドであり膜厚３μｍとなっている。保護膜１１０は、ポリイミド前駆体を含有した溶液をスピンコーティング法によって成膜した後に、ベークによって熱重合と溶剤除去を行って形成した。スピンコーティング法で成膜することにより、振動板１０６上に形成されたアクチュエータ１０２、配線電極１０３、共有電極１０７を被覆して、表面が平滑な膜が形成される。

保護膜１１０は、ポリイミドに代えて、樹脂材料として、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンなどのプラスチック材を利用することも可能である。また、セラミック材料としてジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、などの窒化物、酸化物を利用可能である。金属材料(合金)を用いることも可能であり、代表的な材料としては、アルミ、ステンレス、チタン、などの材料が挙げられる。他の成膜方法として、ＣＶＤ、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。保護膜１１０の膜厚は１〜５０μｍの範囲が好ましい。

保護膜１１０の材料選択においては、振動板１０６と保護膜１１０のヤング率の差が大きい材料が望ましい。板の変形量は、板材料のヤング率と板厚が影響する。同じ力がかかった場合でも、ヤング率が小さい程、板厚が薄い程変形が大きい。実施形態においては、振動板１０６のＳｉＯ２膜のヤング率は８０．６ＧＰａ、保護膜１１０のポリイミド膜のヤング率は１０．９ＧＰａであり、ヤング率は６９．７ＧＰａの差がある。この理由について説明する。

本実施の形態のインクジェットヘッド１は、アクチュエータ１０２が振動板１０６と保護膜１１０に挟まれた構造となり、アクチュエータ１０２に電界をかけてアクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向に伸びた場合、振動板１０６はインク圧力室２０１側に対して凹形状に変形する力が負荷される。反対に、保護膜１１０はインク圧力室２０１側に対して凸形状に変形する力が負荷される。アクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向に縮んだ場合は、振動板１０６はインク圧力室２０１側に対して凸形状、保護膜１１０はインク圧力室２０１側に対して凹形状に変形する力が負荷される。即ち、アクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向に伸縮すると、振動板１０６と保護膜１１０は正反対の向きに変形する力が負荷される。それ故、振動板１０６と保護膜１１０の膜厚とヤング率が同じ場合、アクチュエータ１０２に電圧印加しても、振動板１０６と保護膜１１０は正反対の方向に同じ量変形する力が負荷されるため、ノズルプレート１００が変形しないので、インク吐出しない。

本実施の形態においては、保護膜１１０のポリイミド膜の方が、振動板１０６のＳｉＯ２膜よりヤング率が小さいため、同じ力に対して保護膜１１０の方が変形量は大きくなる。本実施の形態の構造においては、アクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向に伸びた場合、ノズルプレート１００はインク圧力室２０１側に対して凸形状に変形して、圧力室２０１の容積が縮まる（保護膜１１０がインク圧力室２０１側に対して凸形状に変形する量の方が大きいため）。反対に、アクチュエータ１０２が電界方向と直交する方向に縮んだ場合は、ノズルプレート１００はインク圧力室２０１側に対して凹形状に変形して、圧力室２０１の容積が広がる（保護膜１１０がインク圧力室２０１側に対して凹形状に変形する量の方が大きいため）。

振動板１０６と保護膜１１０のヤング率の差が大きい程、同じ電圧をアクチュエータに印加した時、振動板の変形量の差が大きくなる。そのため、振動板１０６と保護膜１１０のヤング率の差が大きい方が、より低い電圧でインク吐出が可能となる。

尚、上述したように、板の変形量は、板材料のヤング率だけでなく、板厚も影響する。そのため、振動板１０６と保護膜１１０の変形量に差をつける場合は、材料のヤング率だけでなく、それぞれの膜厚も考慮する必要がある。振動板１０６と保護膜１１０の材料のヤング率が同じでも、膜厚に違いがあれば、アクチュエータ１０２を駆動させる電圧は高くなるが、インク吐出は可能である。

その他、保護膜１１０の材料選択においては、耐熱性、絶縁性、熱膨張係数、平滑性、インクに対する濡れ性も考慮して行っている。絶縁性に関して、高導電率インクをインクジェットヘッド１に供給する場合には、電気分解によるインク劣化を防止するため、保護膜１１０として高抵抗率の材料を選択することが望ましい。

金属膜１１１はアルミ膜であり、ポリイミド膜上にスパッタリング法で０.４μｍ成膜する。金属膜１１１は、後述する保護膜１１０と振動板１０６をドライエッチング加工する際のマスクとして使用する。

金属膜１１１は、アルミに代えて、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕを利用することができる。金属膜１１１の他の成膜方法として、ＣＶＤ、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。金属膜１１１の膜厚は０．０１〜１μｍの範囲が好ましい。

図５（ｇ）は、ノズル１０１と図３に示す配線電極端子部１０４、共有電極端子部１０５に適した形状にパターニングされた金属膜１１１と保護膜１１０を示している。このパターニング方法について説明する。

まず、金属膜１１１上を感光性レジストとエッチング法を用いて、ノズル１０１の直径２０μｍの円形パターンと、図３に示す配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５の四角パターンにエッチング加工する。

次に、パターニングされた金属膜１１１をマスクとして、保護膜１１０のドライエッチングを行い、ノズル１０１の円形パターン形状と図３の配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５の四角パターン形状を形成した。

図５（ｈ）は、ノズル１０１に適した形状にパターニングされた振動板１０６を示している。振動板１０６のパターニングは、金属膜１１１と配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５をマスクとして、ドライエッチング加工によりおこなった。配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５は金属膜１１１と同様にエッチングガス耐性があるため、配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５の下の振動板１０６はエッチングされない。振動板１０６の円形の孔はノズル１０１と同心に形成している。

図６（i）は、保護膜１１０の上に保護テープ１１２を貼ったインクジェットヘッド１を示している。インク圧力室構造体２００に形成されたインク圧力室２０１をわかり易くするためにインクジェットヘッド１を上下反転した図になっている。インク圧力室２０１は直径２４０μｍの円柱形状であり、インク圧力室２０１の中心位置とノズル１０１の中心位置がほぼ一致するように、パターニングされている。

インク圧力室のパターニング方法について説明する。図５（ｈ）の金属膜１１１をエッチングにより除去後、保護テープ１１２を保護膜１１０上に貼った。保護テープ１１２は、シリコンウエハの化学機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）用の裏面保護テープを用いた。

厚み７２５μｍのシリコンウエハであるインク圧力室構造体２００上にエッチングマスクを形成する。シリコン基板専用のＤｅｅｐ−ＲＩＥと呼ばれる垂直深堀ドライエッチング加工技術を用いて、エッチングマスク以外のシリコンウエハを除去することでインク圧力室２０１を形成した。そのエッチング技術は例えば住友精密工業株式会社出願のＷＯ２００３／０３０２３９に開示されている。 エッチングマスクは、感光性レジストをインク圧力室構造体２００上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像工程を経てポストベークを行って形成した。

このシリコン基板専用のＤｅｅｐ−ＲＩＥは、エッチングガスにＳＦ６(六フッ化硫黄)を用いるが、ＳＦ６ガスは、振動板１０６のＳｉＯ２膜や保護膜１１０のポリイミド膜に対してはエッチング作用を及ぼさない。そのため、インク圧力室２０１を形成するシリコンウエハのドライエッチングの進行は、振動板１０６でストップされる。即ち、振動板１０６のＳｉＯ２膜は、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥエッチングのストップ層の役割をする。インク圧力室２０１をインク圧力室構造体２００に形成すると、インク圧力室２０１とノズル１０１は連通する。ノズル１０１は振動板１０６、保護膜１１０、内に形成されている。言い換えれば、保護膜１１０はノズル１０１を囲んで配線電極１０３のインク圧力室２０１と反対側に設けられる。この構成により、配線電極１０３と共有電極１０７に電圧を印加してアクチュエータ１０２を動作させ、ノズル１０１を通してインクを吐出することが可能になる。

上記説明中、エッチング方法として、薬液を用いるウェットエッチング法、プラズマを用いるドライエッチング法を適宜選択した。絶縁膜、電極膜、圧電体膜などの材料によって、エッチング方法やエッチング条件を変えて加工を行った。各感光性レジスト膜によるエッチング加工が終了した後、残った感光性レジスト膜は溶解液によってレジスト除去を行った。

図６（ｊ）は、インク圧力室構造体２００にセパレートプレート３００とインク供給路構造体４００を接着したインクジェットヘッド１の断面を示す。セパレートプレート３００とインク供給路構造体４００をエポキシ樹脂で接着した。セパレートプレート３００とインク供給路構造体４００を接着後、インク圧力室構造体２００にセパレートプレート３００をエポキシ樹脂で接着した。

図６（ｋ）は、保護膜１１０の配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５上に、電極端子部カバーテープ１１３を貼り付けた断面を示す。図６（ｊ）の保護テープ１１２側から紫外線照射を行うことにより、保護テープ１１２の接着強度を弱めて剥がした後に、図３の配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５の領域に、電極端子部カバーテープ１１３を貼る。このカバーテープは樹脂性である。接着強度は脱着が容易な粘着テープ程度の接着強度である。電極端子部カバーテープ１１３は、配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５へのゴミの付着や、撥インク膜１１４の成膜時に撥インク膜１１４材料が両端子部１０４、１０５に付着するのを防止することを目的として貼りつける。撥インク膜１１４はインクが保護膜１１０上に留まるのを防ぎ、保護膜１１０に付着したインクをノズル１０１へ戻す役割をする。

図７（l）は、ノズル１０１内壁以外の保護膜１１０上に撥インク膜１１４を形成した断面を示す。撥インク膜１１４の材料は、撥液性を有するシリコーン系撥液材料、フッ素含有系有機材料であり、実施形態においては市販の旭硝子社製のフッ素含有系有機材料であるサイトップを用いた。撥インク膜１１４の膜厚は１μｍである。

撥インク膜１１４は、保護膜１１０上に液状の撥インク膜材料をスピンコーティングによって成膜する。図７（ｋ）のインクジェットヘッド１をスピンコータへ固定し、回転させている間、インク供給口４０１より陽圧空気を注入する。それによりインク供給口４０１と繋がったノズル１０１から陽圧空気が排出される。この状態で、液体の撥インク膜材料を塗布すると、ノズル１０１内壁のインク流路に撥インク膜材料が付着することなく、保護膜１１０上のみに撥インク膜１１４が形成される。

図７（ｍ）に作成したインクジェットヘッド１の断面を示す。インク供給路構造体４００に設けられたインク供給口４０１からインクがインク供給路４０２に供給される。インク供給路のインクは各インク圧力室２０１にインク供給絞り３０１を介して流れ、各ノズル１０１に満たされる。インク供給口４０１から供給されるインクは適切な負圧となるように保たれている。ノズル１０１内のインクはノズル１０１から漏れることなく保たれる。

本実施形態では、圧力室構造体２００の上に振動板１０６、共有電極１０７、配線電極１０３、圧電体膜１０８、保護膜１１０までからなるノズルプレート１００を作成している。ノズルプレート１００を圧力室構造体２００の上に作成する代わりに、圧力室構造体２００の一面を振動板１０６として作成することも可能である。圧力室構造体２００の一面上に電極や圧電体膜や絶縁膜を形成し、他面側からノズル１０１に応じる圧力室２０１の位置に圧力室構造体２００を貫通しない孔を形成する。圧力室構造体２００の一面側には薄い層が残り、この部分が振動板１０６として動作する。この構成では、ノズルプレート１００を用いずに、インク圧力室構造体２００の一部をノズルプレート１００として利用することができる。

図８は、図３のＢ−Ｂ´にあたる配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５の断面である。配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５のみ保護膜１１０がエッチングされており、撥インク膜１１４は配線電極端子部１０４と共有電極端子部１０５には成膜されていない。

図９は、図３のＣ−Ｃ´にあたる配線電極１０３と共有電極１０５の配線部の断面である。図８と異なり、配線上に保護膜１１０が形成されており、撥インク膜１１４も保護膜１１０上に成膜されている。

（第２の実施形態）
図１０（ａ）から図１１（ｆ）を参照して第２の実施形態のインクジェットヘッド１の加工プロセスを説明する。各図は、第２の実施形態のインクジェットヘッド１の各加工プロセスでの断面を示している。図１１（ｆ）以降の加工プロセスは、第１の実施形態１の図６（ｉ）以降と同様の条件である。図１２は第２の実施形態のインクジェットヘッド１の断面を示している。

第２の実施形態のインクジェットヘッドの製造プロセスを説明する。図１０（ａ）はインク圧力室構造体２００上に振動板１０６、共有電極１０７、圧電体膜１０８、アクチェータ電極１１５の順に積層した第1状態の断面図である。インク圧力室構造体２００、振動板１０６、共有電極１０７、圧電体膜１０８は第１の実施形態と同じ材料であり、成膜方法と膜厚も同じである。アクチェータ電極１１５はＰｔであり、膜厚は０．５μｍとなっている。アクチェータ電極１１５はスパッタリング法によって成膜した。

アクチェータ電極１１５の他の成膜材料として、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕを利用することができる。上部電極１１５の他の成膜方法として、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。アクチェータ電極１１５の膜厚は０．０１〜１μｍの範囲が好ましい。

図１０（ｂ）は、円形のアクチュエータ１０２を構成するようにアクチェータ電極１１５と圧電体膜１０８の２層を円形にパターニングした第２状態の断面図である。パターンは外径１７０μｍの円形となっている。円形パターンの中心にノズル１０１を形成するために、円形パターンの中心と同心円で直径３０μｍの円形にその２層をエッチングより除去し、円形の孔を円形のアクチュエータパターンに同心円で形成している。直径３０μｍのアクチェータ電極１１５と圧電体膜１０８のない孔部分は、共有電極１０７の層が露出している。アクチェータ電極１１５は、図３に示すアクチュエータ１０２部の配線電極１０３の役割を果たす。円形のアクチェータ電極１１５に繋がる配線電極および個別電極端子部は後述する。

３０μｍと１７０μｍの円形のパターニングは、上部電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングによってエッチングマスク以外の２層を除去することで行った。エッチングマスクは、感光性レジストを電極膜上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像工程を経てポストベークを行って形成した。

図１０（ｃ）は、共有電極１０７の層をアクチュエータ１０２にパターニングした第３の状態の断面図である。共有電極１０７は円形の圧電体膜１０８の下部に配された円形の共有電極とその円形の共有電極と電気的に接続する配線電極、共有電極端子部１０５を有している。円形共有電極は外径１７０μｍで円形の圧電体膜１０８と同心円で同径に形成されている。円形パターンの中心にはノズル１０１が形成されるため、円形の中心から同心円で直径３０μｍの共有電極１０７がない孔を形成した。孔内では振動板１０６が露出している。

円形の共有電極、配線電極、共有電極端子部のパターニングは、電極膜上にエッチングマスクを作り、エッチングによってエッチングマスク以外の共有電極層を除去することで行った。エッチングマスクは、感光性レジストを電極膜上に塗布した後に、プリベークを行い、所望のパターンが形成されたマスクを用いて露光し、現像工程を経てポストベークを行って形成した。

図１０（ｄ）は、円形のアクチェータ電極１１５、圧電体膜１０８を覆うように絶縁膜１０９を円形パターニングした第４の状態の断面図である。絶縁膜１０９をアクチェータ電極１１５の上に成膜し、絶縁膜１０９を外形１７４μｍの円形パターンに加工した。外形１７４μｍの絶縁膜が外形１７０μｍのアクチェータ電極１１５が同心円状に設けられているので、絶縁膜１０９は圧電体膜１０８とアクチェータ電極１１５の領域を超えて覆い、絶縁膜１０９の端部は振動板１０６に接している。絶縁膜１０９の円形パターンの中心にノズル１０１を形成するため、円形の中心から同心円で直径２６μｍの絶縁膜１０９がない部分を形成した。直径２６μｍの円形部は、振動板１０６が露出している。絶縁膜１０９の厚みは０．２μｍ、材料はＳｉＯ２とした。成膜は良好な絶縁性を低温で成膜できるＣＶＤ法を用いた。絶縁膜１０９の端部が振動板１０９に接することで、圧電体膜１０８の端部がノズル１０１を通るインクに接触することを防ぎ、圧電体膜１０８を保護し劣化を防ぐことができる。

また、アクチェータ電極１１５上の一部の絶縁膜１０９には、後述する配線電極１１７とのコンタクトを行うため、直径１０μｍの円形の絶縁膜１０９がないくぼみ１１６が形成されている。絶縁膜１０９は、配線電極１１７と共有電極１０７の間にも形成され、アクチェータ電極１１５と共有電極１０７の絶縁を保っている。

図１１（ｅ）は、図１０（ｄ）で示すパターン上に配線電極１１７を形成した第５の状態を示す断面図である。絶縁膜１０９、振動板１０６、共有電極１０７の上に配線電極１１７の層を形成し、図３の配線電極１０３と配線電極端子部１０４と同様な形状にパターニングして配線電極１１７を形成した。配線電極１１７はくぼみ１１６内でアクチェータ電極１１５と電気的に接続している。外部駆動回路からの駆動電圧は、配線電極端子部１０４と配線電極１１７を介してアクチェータ電極１１５へ印加されアクチュエータ１０２を駆動する。アクチュエータ１０２の動作によりインク圧力室２０１の容積を増加させるもしくは減少させ、インクをノズル１０１から吐出させる。

配線電極１１７の材料はアルミであり、膜厚０．５μｍでスパッタリングにて成膜した。引出電極１１７の他の成膜材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕを利用することができる。配線電極膜１１７の他の成膜方法として、真空蒸着、鍍金などを利用することができる。配線電極膜１１７の膜厚は０．０１〜１μｍの範囲が好ましい。

図１１（ｆ）は、図１１（ｅ）で示すパターン上に保護膜１１０と金属膜１１１の２層を形成した第６の状態の断面図である。ポリイミドの保護膜１１０とアルミニウムの金属膜１１１を振動板１０６、引出電極１１７、共有電極１０７、絶縁膜１０９上に成膜する。その後、その２層をノズル１０１と配線電極端子部１０４、図３に示すような共有電極端子部１０５に適した形状にパターニングした。保護膜１１０と金属膜１１１の膜厚、成膜方法、パターニング方法は、実施形態１と同じである。ノズル１０１の内径は２０μｍである。保護膜１１０は、アクチュエータ１０２と共有電極１０７の配線部、配線電極１１７を覆っている。絶縁膜１０９のノズル１０１に対応する円形パターンの直径より、保護膜１１０と金属膜１１１のノズルを構成する円形パターンの直径が小さいため、保護膜１１０は絶縁膜１０９のノズル１０１側の端面を被覆し、振動板１０６と接している。そのため、保護膜１１０は絶縁膜１０９がインクに接することを防いでいる。

図１２は第２の実施形態のインクジェットヘッド１の断面図である。図１１（ｆ）以降の加工プロセスは、第１の実施形態の図６（ｉ）から図７（ｌ）を用いて説明した加工プロセスと同様である。インクジェットヘッド１は図１１（ｆ）までの加工プロセスで形成したノズルプレート、セパレートプレート３００、インク圧力室構造体２００、インク供給路構造体４００を備えている。振動板１０６へのノズル１０１の加工、インク圧力室構造体２００へのインク圧力室２０１の加工は第１の実施形態で説明した加工方法と同様に行った。撥インク膜１１４も保護膜１１０上に形成されている。インク供給路構造体４００に設けられたインク供給口４０１を通してインクがインク供給路４０２に供給される。インク供給路のインクは各インク圧力室２０１にインク供給絞り３０１を介して流れ、各ノズル１０１に満たされる。ノズルプレートに形成されたアクチュエータ１０２に外部回路から駆動波形を与え、圧力室の容積を増減させる。結果としてノズル１０１からインクを吐出させる。

圧電体膜１０８のＰＺＴ薄膜内のチタン、鉛、ジルコニウム、酸素などの原子配列は、下地の共有電極１０７のＰｔの原子配列によって規制される。言い換えれば、ＰＺＴ薄膜の原子配列は下地層の原子配列に依存する。ＰＺＴの原子配列が規制されることにより、ＰＺＴ薄膜は膜厚方向に沿って分極が発生する。図４（ｃ）に示す実施形態１の場合、振動板１０６上に共有電極１０７を円形パターニング後、共有電極１０７上に共有電極１０７の直径より少し大きい直径のＰＺＴ膜（圧電体膜）１０８を成膜している。圧電体膜１０８の円形外周部のＰＺＴ薄膜の原子配列は、共有電極１０７の段差部の原子配列の影響を受ける。そのため、ＰＺＴ薄膜の膜厚方向の原子配列が、円形外周部とそれ以外の領域では異なる可能性がある。結果として、圧電体膜１０８の円形外周部は、それ以外の領域より分極率が低くなる可能性がある。

第２の実施形態では、積層された共有電極１０７とＰＺＴ膜（圧電体膜）１０８は同じ直径の円形パターンになっているので、圧電体膜１０８の膜厚方向の原子配列は、円形内のどの領域でも同じとなる。ただし、円形の共有電極１０７へ接続する配線電極部を除いて、共有電極１０７とＰＺＴ膜は同じ円形になっている。そのため、円形の圧電体膜１０８の分極率は、第２の実施形態の方が第１の実施形態より高くなる。第２の実施形態の分極率が高いインクジェットヘッド１は、第１の実施形態１のものより低電圧で動作し、インク吐出可能となる。

（第３の実施形態）
図１３に第３の実施形態のインクジェットヘッド１を示す。第１、第２の実施形態と第３の実施形態ではアクチュエータ１０２の形状が異なっている。それ以外の部分は同じ構成となっている。

第３の実施形態ではアクチュエータ１０２が長方形となっている。アクチュエータ１０２は幅１７０μｍ、長さ３４０μｍの長方形となっている。ノズル１０１の直径は２０μｍになっている。インク圧力室２０１の断面形状も圧電体膜１０８の形状に合わせて、長方形となっている。円形の圧電体膜パターンと比べ、長さ方向で３４０μｍと大きなアクチュエータ１０２となっているので、インクを吐出させるアクチュエータが長くなる。そのためインク吐出圧力を大きくすることが可能である。

（第４の実施形態）
図１４に第４の実施形態のインクジェットヘッド１を示す。第１、第２の実施形態と第４の実施形態ではアクチュエータ１０２の形状が異なっている。それ以外の部分は同じ構成となっている。アクチュエータ１０２が菱形となっている。アクチュエータ１０２は幅１７０μｍ、長さ３４０μｍの菱形となっている。ノズル１０１の直径は２０μｍになっている。インク圧力室２０１の断面形状もアクチュエータ１０２の形状に合わせて、菱形となっている。

円形の圧電体膜パターンと比べ、圧電体パターンをより高密度に配置することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ インクジェットヘッド
１００ ノズルプレート
１０１ ノズル
１０２ アクチュエータ
１０３ 配線電極
１０４ 配線電極端子部
１０５ 共有電極端子部
１０６ 振動板
１０７ 共有電極
１０８ 圧電体膜
１０９ 絶縁膜
１１０ 保護膜
１１５ アクチュエータ電極
１１７ 配線電極
２００ インク圧力室構造体
２０１ インク圧力室
３００ セパレートプレート
３０１ インク絞り
４００ インク供給路構造体
４０１ インク供給口
４０２ インク供給路

本発明の実施形態は、インクをノズルから吐出して画像を形成するノズルプレート及びインクジェットヘッドに関する。

本発明の実施形態のノズルプレートは、インクを吐出するノズルを囲んで形成されるとともに、前記ノズルにインクを供給するインク圧力室に隣接する振動板と、前記ノズルを囲んで、一方の面に前記振動板の前記インク圧力室と反対側に形成される第１電極を配置し、他方の面に形成される第２電極を配置し、前記第１電極と前記第２電極とで層状構造になる圧電体膜と、前記ノズルを囲んで前記第２電極の前記インク圧力室と反対側の面に形成されヤング率が前記振動板のヤング率より小さい保護膜と、を具備する。

Claims (6)

1. インクを吐出するノズルと、
   前記ノズルにインクを供給するインク圧力室と、
   前記ノズルを囲んで形成されるとともに前記インク圧力室に隣接する振動板と、
   前記ノズルを囲んで前記振動板の前記インク圧力室側と反対側に接して形成される第１電極と、
   前記ノズルを囲んで前記第１電極に接して形成される圧電体膜と、
   前記ノズルを囲んで前記圧電体膜に接して形成される第２電極と、
   前記ノズルを囲んで前記第１電極面、前記第２電極面、もしくは前記振動板の面に接して形成される保護膜と、
   を有し、前記保護膜は、ヤング率が前記振動板のヤング率より小さく、ポリイミド、ABS、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、から選択した材料であることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. インクを吐出するノズルと、
   前記ノズルにインクを供給するインク圧力室と、
   前記ノズルを囲んで形成されるとともに前記インク圧力室に隣接する振動板と、
   前記ノズルを囲んで前記振動板の前記インク圧力室と反対側に形成される第１電極と、
   前記ノズルを囲んで前記第１電極に接して形成される圧電体膜と、
   前記ノズルを囲んで前記圧電体膜に接して形成される第２電極と、
   前記ノズルを囲んで前記第２電極の前記インク圧力室と反対側の面に形成される保護膜と、
   を有し、前記保護膜は、ヤング率が前記振動板のヤング率より小さく、ポリイミド、ABS、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、から選択した材料であることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 前記ノズルは複数あり、前記第２の電極は各ノズルからインクを吐出させるために設けられた個別電極となっていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記各第２の電極は、
   当該インクジェットヘッドの外部から駆動信号が供給される電極端子と、
   前記電極端子に接続される配線電極と、
   前記配線電極の端部に形成され、前記圧電体膜が覆われるアクチュエータ配線電極と、
   を有することを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッド。
5. 前記保護膜は、絶縁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の１項に記載のインクジェットヘッド。
6. 振動板を基板上に形成する工程と、
   第1電極を前記振動板上に成膜し、第１の開口を前記第１電極に形成する工程と、
   圧電体膜を前記振動板と前記第１電極上に成膜し、前記第１の開口と同心の第２の開口を前記圧電体膜に形成する工程と、
   第２電極を前記振動板と前記圧電体膜の上に成膜し、前記第１の開口と同心の第３の開口を前記第２電極に形成する工程と、
   保護膜を前記振動板と前記第２電極の上に成膜し、前記第１の開口と同心の第４の開口を前記保護膜に形成する工程と、
   前記振動板に前記第１の開口と同心の第５の開口を形成する工程と、
   前記振動板の反対側から前記基板に開口を形成し、前記第５の開口に連通するインク圧力室を形成する、ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

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