JP3374900B2

JP3374900B2 - インクジェット式記録ヘッド

Info

Publication number: JP3374900B2
Application number: JP32482197A
Authority: JP
Inventors: 真理酒井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 2003-02-10
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: JPH11157062A

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、この振動板の表面に圧電体層を形成して、圧電体
層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
電振動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、圧電振動子の軸方向に伸長、収縮す
る縦振動モードの圧電振動子を使用したものと、たわみ
振動モードの圧電振動子を使用したものの２種類が実用
化されている。

【０００３】前者は圧電振動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、圧電振動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
た圧電振動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振動子を
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振動子を形成したものが提案
されている。

【０００６】これによれば圧電振動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振動子を作り付けることができる
ばかりでなく、圧電振動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
電振動子を駆動することができるが、単位駆動電圧当た
りの変位量およ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
体層および上電極からなる圧電体能動部を、少なくとも
一端部以外は圧力発生室外に出ないように形成するのが
望ましい。

【０００８】さらに、このようなたわみモードの圧電振
動子を使用した記録ヘッドでは、一般には、各圧力発生
室に対応する圧電振動子は絶縁体層で覆われ、この絶縁
体層には各圧電振動子を駆動するための電圧を供給する
リード電極との接続部を形成するために窓（以下、コン
タクトホールという）が各圧力発生室に対応して設けら
れており、各圧電振動子とリード電極の接続部がコンタ
クトホール内に形成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たたわみモードの圧電振動子を使用した記録ヘッドで
は、圧電体能動部が圧力発生室とその周壁との境界を横
切る部分で、圧電体層にクラックが発生し易いという問
題がある。

【００１０】ところで、上述したようなインクジェット
式記録ヘッドにおいては、圧電振動子の駆動による振動
板の変位効率を向上するために、圧電振動子の両側に対
応する部分の振動板を薄くする構造が提案されている。
しかしながら、このように変位を大きくとるようにする
と、特に、上述したような圧力発生室の周壁近傍、ある
いはコンタクトホール近傍にクラック等の破壊が生じ易
い傾向が助長される。

【００１１】また、これらの問題は、特に、圧電材料層
を成膜技術で形成した場合に生じやすい。なぜなら、成
膜技術で形成した圧電材料層は非常に薄いため、圧電振
動子を貼付したものに比較して剛性が低いためである。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑み、圧電体能
動部の圧力発生室の周壁近傍での剥がれ及び割れ等並び
に振動板の割れ等を防止し、耐久性を確保することがで
きるインクジェット式記録ヘッドを提供することを課題
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前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の
一部を構成し且つ少なくとも上面が下電極として作用す
る振動板と、該振動板の表面に形成された圧電体層及び
該圧電体層の表面に形成された上電極からなり且つ前記
圧力発生室に対向する領域に形成された圧電体能動部と
からなる圧電振動子を備え、前記圧電体能動部の少なく
とも一端部に前記圧力発生室に対向する領域と当該圧力
発生室の長手方向端部の周壁に対向する領域との境界を
横切る連結部を有するインクジェット式記録ヘッドにお
いて、前記圧力発生室の長手方向端部の少なくとも前記
連結部が設けられた側に、当該端部近傍の少なくとも前
記圧電振動子の前記連結部上に膜厚が他の領域よりも相
対的に厚くなるように積層されて前記振動板の振動を規
制する振動規制層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。

【００１４】かかる第１の態様では、圧電体能動部の端
部又は連結部での振動板の振動が規制され、圧電体能動
部の剥がれ及び割れ等並びに振動板の割れ等が防止され
る。

【００１５】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記圧力発生室の少なくとも長手方向端部近傍の前
記連結部に対向する領域を覆うように積層された絶縁体
層が前記振動規制層を構成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。

【００１６】かかる第２の態様では、絶縁体層により、
圧力発生室の長手方向端部近傍での圧電体能動部の剥が
れ及び割れ等並びに振動板の割れ等が防止される。

【００１７】

【００１８】

【００１９】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記上電極の膜厚を他の部分より大きくする
ことにより前記振動規制層を構成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。

【００２０】かかる第４の態様では、上電極の膜厚を他
の部分よりも大きくすることで振動が規制され、圧電体
能動部の剥がれ及び割れ等並びに振動板の割れ等が防止
される。

【００２１】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、少なくとも前記圧電体能動部の幅方向
両側で前記圧力発生室の縁部に沿った部分の前記振動板
は、当該圧電体能動部に対応する部分の当該振動板の厚
さより薄い薄肉部となっ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。

【００２２】かかる第５態様では、圧力発生室に対向す
る領域の圧電体能動部への電圧印加による変位量が向上
される。

【００２３】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記連結部は、前記圧電体層及び前記
上電極の両者が他の部分より幅狭に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。

【００２４】かかる第６の態様では、連結部での応力が
小さくなり、クラック等の破壊が防止される。

【００２５】本発明の第６の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記連結部は、前記上電極のみが他の
部分より幅狭に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７の態様では、連結部での応力が
小さくなり、クラック等の破壊が防止され、耐久性が向
上する。

【００２７】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記圧電体能動部へ電圧を印加するた
めのリード電極と前記上電極との接続を行うコンタクト
部が、前記圧力発生室の周壁に対向する部分に設けられ
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。

【００２８】かかる第８の態様では、コンタクト部での
クラック等の破壊が防止される。

【００２９】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、前記圧電振動子の
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。

【００３０】かかる第９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】

【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。

【００３２】（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組立斜視図
であり、図２は、平面図及びその１つの圧力発生室の長
手方向における断面構造を示す図である。

【００３３】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。

【００３４】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０．１〜２μｍの弾性膜５０が形成
されている。

【００３５】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。

【００３６】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）と約３５度の角度をなす第２の（１１
１）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１／１８
０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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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、圧電振動子
（圧電素子）を構成している。このように、弾性膜５０
の各圧力発生室１２に対向する領域には、各圧力発生室
１２毎に独立して圧電振動子が設けられており、本実施
形態では、下電極膜６０は圧電振動子の共通電極とし、
上電極膜８０を圧電振動子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。ま
た、本実施形態では、圧電体膜７０を各圧力発生室１２
に対応して個別に設けたが、圧電体膜を全体に設け、上
電極膜８０を各圧力発生室１２に対応するように個別に
設けてもよい。何れの場合においても、各圧力発生室１
２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。

【００４５】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を参照しながら説明する。

【００４６】図４（ａ）に示すように、まず、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。

【００４７】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、Ｐｔ等が好適である。これは、スパッタリン
グやゾル−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６００〜１００
０℃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７０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ＰＺＴを用いた場合に
は、ＰｂＯ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Ｐｔが好適である。

【００４８】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体膜
７０を成膜する。この圧電体膜７０の成膜にはスパッタ
リングを用いることもできるが、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
用いている。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）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。

【００４９】次に、図４（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、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ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、Ｐ
ｔをスパッタリングにより成膜している。

【００５０】次に、図５に示すように、下電極膜６０、
圧電体膜７０及び上電極膜８０をパターニングする。

【００５１】まず、図５（ａ）に示すように、下電極膜
６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を一緒にエッチン
グして下電極膜６０の全体パターンをパターニングす
る。次いで、図５（ｂ）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３２
０のパターニングを行う。次に、図５（ｃ）に示すよう
に、各圧力発生室１２（図５では圧力発生室１２は形成
前であるが、破線で示す）の幅方向両側に対向した領域
である圧電体能動部３２０の両側の振動板の腕に相当す
る部分の下電極膜６０を除去することにより、下電極膜
除去部３５０を形成する。このように下電極膜除去部３
５０を設けることにより、圧電体能動部３２０への電圧
印加による変位量の向上を図るものである。なお、下電
極膜除去部３５０は、下電極膜６０を完全に除去せず、
厚さを相対的に薄くしてもよく、また、弾性膜５０の厚
さ方向の一部まで除去してもよい。

【００５２】以上のように、下電極膜６０等をパターニ
ングした後には、好ましくは、各上電極膜８０の上面の
少なくとも周縁、及び圧電体膜７０および下電極膜６０
の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層９０を
形成する（図１参照）。この際、後述するように、圧電
体能動部３２０の両端部には、他の部分の絶縁体層９０
の厚さよりも厚い絶縁体層厚膜部９５を形成する。

【００５３】そして、本実施形態では、絶縁体層厚膜部
９５の各圧電体能動部３２０の一端部に対応する部分の
上面を覆う部分の一部には、後述するリード電極１００
と接続するために上電極膜８０の一部を露出させるコン
タクトホール９０ａが形成されている。そして、このコ
ンタクトホール９０ａを介して各上電極膜８０に一端が
接続し、また他端が接続端子部に延びるリード電極１０
０が形成されている。リード電極１００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。

【００５４】このような絶縁体層の形成プロセスを図６
に示す。

【００５５】まず、図６（ａ）に示すように、上電極膜
８０の周縁部、圧電体膜７０および下電極膜６０の側面
を覆うように絶縁体層９０を形成し、さらに、圧電体能
動部の３２０の両端部に絶縁体層を積層し、他の部分よ
りも厚い絶縁体層厚膜部９５を形成する。本実施形態で
は、絶縁体層９０及び絶縁体層厚膜部９５として、ネガ
型の感光性ポリイミドを用いた。

【００５６】次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁体層
厚膜部９５をパターニングすることにより、各圧力発生
室１２のインク供給側の周壁に対向する部分にコンタク
トホール９０ａを形成する。続いて、例えば、Ｃｒ−Ａ
ｕなどの導電体を全面に成膜した後、パターニングする
ことにより、コンタクトホール９０ａを介して上電極膜
８０と接続されるリード電極１００を形成する。なお、
図６（ｂ）には、説明の都合上、圧力発生室１２外の周
壁に対向する領域のコンタクトホール９０ａ部分の断面
を示す。

【００５７】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６（ｃ）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。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各流路
形成基板１０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３０、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。

【００５８】このように形成された圧電体能動部３２０
及び絶縁体層厚膜部９５と圧力発生室１２との平面位置
関係及び断面を図７に示す。

【００５９】図７（ａ）に示すように、圧電体膜７０お
よび上電極膜８０からなる圧電体能動部３２０は、基本
的には圧力発生室１２に対向する領域内に設けられて、
圧力発生室１２の幅より若干狭い幅で形成されている。
また、圧力発生室１２の一端部においては、圧力発生室
１２に対向する領域から周壁に対向する領域まで連続的
に延設されており、圧力発生室１２に対向する領域と周
壁に対向する領域との境界近傍を連結部３２１とする。

【００６０】また、圧力発生室１２に対向する領域の圧
電体能動部３２０上には、図７（ｂ）のＢ−Ｂ’断面に
示すように、通常の厚さの絶縁体層９０が形成されてい
るが、圧電体能動部３２０の両端部及び連結部３２１上
には、図７（ｃ）のＣ−Ｃ’断面に示すように、通常よ
りも厚い厚さの絶縁体層厚膜部９５が形成され、振動板
の振動を規制する振動規制層３２５となっている。ま
た、周壁に対向する領域の圧電体能動部３２０に対応す
る位置には、リード電極１００と上電極膜８０とを接続
するためのコンタクトホール９０ａが形成されている。

【００６１】さらに、圧力発生室１２の幅方向両側の周
壁との境界近傍に対向し且つ圧電体能動部３２０の両側
の部分、すなわち、振動板の腕部分の下電極膜６０は除
去されて下電極膜除去部３５０が形成されている。

【００６２】このような構成にすることにより、圧電体
能動部３２０に電圧を印加して駆動すると、両端部及び
連結部３２１のみの駆動が規制されて、この部分の近傍
のみにおいて、変位量が相対的に小さくなり、全体とし
ての変位量を大きく低下させることなく端部での変位量
を抑えることができ、圧電体能動部３２０の端部の剥が
れ及び割れ等並びに振動板の割れ等を防止することがで
きる。

【００６３】なお、絶縁体層厚膜部９５は、本実施形態
では、圧電体能動部３２０の両端部及び連結部３２１上
に設けたが、連結部３２１側のみに設けてもよい。ま
た、絶縁体層厚膜部９５は、他の部分と相対的に厚膜に
なっていればよい。従って、絶縁体層９０上に他の層を
積層してもよく、また、絶縁体層厚膜部９５の部分のみ
に通常の厚さの絶縁体層を設けてもよい。

【００６４】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３１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、リー
ド電極１００を介して下電極膜６０と上電極膜８０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１
２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。

【００６５】（実施形態２）図８には、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圧力発生室近
傍の圧電体能動部等の平面位置関係及び断面を示す。

【００６６】本実施形態では、圧力発生室１２の境界及
び周壁に対向する領域の圧電体膜７０上に他の部分の上
電極膜８０よりも厚い厚膜部８５を形成して振動規制層
３２５Ａとし、圧力発生室１２の領域に対向する領域
で、振動板の振動を規制している。

【００６７】図８（ａ）に示すように、圧電体能動部３
２０は、実施形態１と同様、基本的には圧力発生室１２
に対向する領域内に設けられ、圧力発生室１２の一端部
においては、圧力発生室１２に対向する領域から周壁に
対向する領域へ横切る連結部３２１を介して周壁上まで
連続的に延設されている。この圧電体能動部３２０上に
は絶縁体層９０が形成され、周壁に対向する領域の圧電
体能動部３２０に対応する位置には、リード電極１００
と上電極膜８０とを接続するためのコンタクトホール９
０ａが形成されている。また、振動板の腕部の部分の下
電極膜６０は除去されて下電極膜除去部３５０が形成さ
れいる。

【００６８】また、上電極膜８０は、圧力発生室１２に
対向する領域では、図８（ｂ）のＤ−Ｄ’断面に示すよ
うに、通常の厚さで形成されているが、連結部３２１及
び周壁に対向する領域では、図８（ｃ）のＥ−Ｅ’断面
に示すように、他の部分よりも厚い厚膜部８５となり、
振動規制層３２５Ａを構成している。

【００６９】このような構成にすることにより、実施形
態１と同様の効果を奏することができる。

【００７０】なお、厚膜部８５は、本実施形態では、連
結部３２１及び周壁に対向する領域の圧電体膜７０上に
形成されているが、少なくとも連結部３２１の圧電体膜
７０上に形成されていれば、同様の効果を得ることがで
きる。

【００７１】また、本実施形態の構成に、さらに実施形
態１のような絶縁体層厚膜部９５を設けてもよく、これ
により、さらに顕著な効果を奏する。

【００７２】（実施形態３）図９には、本発明の実施形
態３に係るインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室近
傍の圧電体能動部等のパターン形状を示す。

【００７３】本実施形態は、図９に示すように、圧電体
能動部３２０の圧力発生室１２に対向する領域から周壁
に対向する領域へ横切る部分である連結部３２２が他の
部分より幅狭となっている以外は実施形態１と同様であ
る。なお、本実施形態の連結部３２２は、圧電体膜７０
及び上電極膜８０の両者を幅狭に形成したものである。

【００７４】このような構成では、圧電体能動部３２０
を駆動した際、絶縁体層厚膜部９５により、連結部３２
２及び周壁に対向する領域で、振動板の振動が抑えられ
ることに加え、さらに、圧力発生室１２内とその周壁境
界から圧力発生室１２に向かってたわみが緩やかに生じ
るため、連結部３２２での応力が小さくなり、クラック
等の破壊が防止され、耐久性が向上する。

【００７５】（実施形態４）図１０には、本発明の実施
形態４に係るインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室
近傍の圧電体能動部等のパターン形状を示す。

【００７６】本実施形態は、図１０に示すように、圧電
体能動部３２０の連結部３２３を上電極膜８０のみを幅
狭に形成して圧電体層７０は他の部分と同一の厚さにし
た以外は実施形態３と同様である。

【００７７】このような構成によっても実施形態３と同
様な効果を奏することができる。

【００７８】（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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図１１、その流路の断面を図１２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。

【００８２】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
４０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。

【００８３】ここで、この実施形態においても、上述し
た各実施形態と同様に、振動規制層を設けて、圧電体能
動部の振動を規制して圧力発生室の周縁との境界近傍の
割れ等を防止することができる。

【００８４】また、勿論、共通インク室を流路形成基板
内に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも
同様に応用できる。

【００８５】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。

【００８６】さらに、上述した各実施形態では、振動板
として下電極膜とは別に弾性膜を設けたが、下電極膜が
弾性膜を兼ねるようにしてもよい。

【００８７】また、圧電振動子とリード電極との間に絶
縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例
えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜
を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続した
り、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング
技術を用いて接続したりする構成としてもよい。

【００８８】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。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、圧力発生室の境界近傍に圧電体能動部の駆動に伴う
振動板の振動を相対的に規制する振動規制層を設けたこ
とにより、この部分のたわみが他の部分より小さくな
り、クラック等の破壊が防止され、耐久性が向上すると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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図で
ある。

【図７】本発明の実施形態１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２を説明する要部平面図及び
断面図である。

【図９】本発明の実施形態３を説明する要部平面図であ
る。

【図１０】本発明の実施形態４を説明する要部平面図で
ある。

【図１１】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１２】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。

【符号の説明】

１０流路形成基板１１ノズル開口１２圧力発生室５０弾性膜６０下電極膜７０圧電体膜８０上電極膜９０絶縁体層９０ａコンタクトホール１００リード電極３２０圧電体能動部３２１，３２２，３２３連結部３２５、３２５Ａ振動規制層３５０下電極膜除去部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口に連通する圧力発生室の一部
を構成し且つ少なくとも上面が下電極として作用する振
動板と、該振動板の表面に形成された圧電体層及び該圧
電体層の表面に形成された上電極からなり且つ前記圧力
発生室に対向する領域に形成された圧電体能動部とから
なる圧電振動子を備え、前記圧電体能動部の少なくとも
一端部に前記圧力発生室に対向する領域と当該圧力発生
室の長手方向端部の周壁に対向する領域との境界を横切
る連結部を有するインクジェット式記録ヘッドにおい
て、前記圧力発生室の長手方向端部の少なくとも前記連結部
が設けられた側に、当該端部近傍の少なくとも前記圧電
振動子の前記連結部上に膜厚が他の領域よりも相対的に
厚くなるように積層されて前記振動板の振動を規制する
振動規制層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、前記圧力発生室の少
なくとも長手方向端部近傍の前記連結部に対向する領域
を覆うように積層された絶縁体層が前記振動規制層を構
成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３】請求項１又は２において、前記上電極の
膜厚を他の部分より大きくすることにより前記振動規制
層を構成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、少なく
とも前記圧電体能動部の幅方向両側で前記圧力発生室の
縁部に沿った部分の前記振動板は、当該圧電体能動部に
対応する部分の当該振動板の厚さより薄い薄肉部となっ
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５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記連
結部は、前記圧電体層及び前記上電極の両者が他の部分
より幅狭に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６】請求項１〜４の何れかにおいて、前記連
結部は、前記上電極のみが他の部分より幅狭に形成され
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７】請求項１〜６の何れかにおいて、前記圧
電体能動部へ電圧を印加するためのリード電極と前記上
電極との接続を行うコンタクト部が、前記圧力発生室の
周壁に対向する部分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。
【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、前記圧電振動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。