JP3387380B2

JP3387380B2 - インクジェット式記録ヘッド

Info

Publication number: JP3387380B2
Application number: JP23750897A
Authority: JP
Inventors: 士郎矢崎; 真理酒井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 2003-03-17
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: JPH1178002A

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弾性板で構
成し、この弾性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弾性板で構成し、この弾性板を圧
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弾性板に当接さ
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弾性板に圧電振動子を
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、弾性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
させている。

【０００６】これによれば圧電振動子を弾性板に貼付け
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。なお、この場合、圧電
材料層は弾性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。

【０００７】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導電体パ
ターン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、各圧電振動子と導電体パターンとの接続部がコン
タクトホール内に形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに各圧力発生室毎に設けた圧電体層および上電極から
なる圧電体能動部を設け、当該圧電体能動部に電圧を印
加すると、弾性板が変位して圧力発生室内のインクに圧
力がかかるが、圧電体能動部のパターンの外縁部に応力
集中が生じ、破壊等が生じる虞がある。

【０００９】また、この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弾性板の変位
効率を向上するために、圧電体能動部の両側に対応する
部分の弾性板を薄くする構造が提案されているが、この
場合には、さらに応力集中による破壊が生じやすい。

【００１０】さらに、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問題となる。すなわち、
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。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑み、圧電体能
動部の外縁部、特に両側の応力集中による破壊等を防止
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。

【００１２】

【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、少なくとも上面が下電極として作用する
弾性板と、該弾性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たインクジェット式記録ヘッド
において、前記圧電体能動部は、成膜およびリソグラフ
ィ法により形成され、上面から底面ヘ向かって徐々に幅
広となり、その断面形状が略台形形状であることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１３】かかる第１の態様では、圧電振動子の駆動
の際に、圧電体能動部の両側がテーパ面のため、応力が
集中せず、破壊等の虞がない。

【００１４】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記圧電体能動部の底面の幅が前記圧力発生室の幅
よりも大きく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。

【００１５】かかる第２の態様では、圧電体能動部の底
面の両側が圧力発生室の外側に位置するので、駆動の際
に、圧力発生室の縁部に応力が集中せず、破壊等の発生
が防止される。

【００１６】本発明の第３の態様は、第１または２の態
様において、前記弾性板が、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
に、当該圧電体能動部に対応する部分の厚さより薄い薄
肉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。

【００１７】かかる第３の態様では、圧力発生室の幅方
向両側の縁部に沿った部分の弾性板が薄肉となっている
ため、変位量が向上する。

【００１８】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記圧電体能動部に対応する部分の前記弾性板と前
記薄肉部との境界の面は、当該圧電体能動部の両側面と
連続的に傾斜し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４の態様では、圧電体能動部に対
応する部分の弾性板と薄肉部との境界に応力が集中し難
く、破壊等の虞がない。

【００２０】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記圧電体能動部の両側面の底面に対
する傾斜角度が、５〜７５度の範囲にあることを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドにある。

【００２１】かかる第５の態様では、圧電体能動部の両
側面が所定の角度で傾斜しているので、当該圧電体能動
部の両側において応力が集中しにくいという効果が得ら
れる。

【００２２】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記圧電体能動部の断面略台形の形状
が、断面が略台形のレジストパターンを用いたエッチン
グ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。

【００２３】かかる第６の態様では、両側に傾斜面を有
する圧電体能動部を容易に形成することができる。

【００２４】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記圧電体能動部の断面略台形の形状
が原子又は分子を衝突させることにより、物理的に除去
する方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。

【００２５】かかる第７の態様では、両側に傾斜面を有
する圧電体能動部を精度良く且つ容易に形成することが
できる。

【００２６】本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、前記圧電体能動部の上面には絶縁体層
が形成され、リード電極と前記上電極との接続を行うコ
ンタクト部は、前記絶縁部に形成されたコンタクトホー
ル内に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８の態様では、圧電体能動部への
電圧の印加は絶縁体層を介して形成されたコンタクト部
を介して行われる。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に本発明を一実施形態に基づ
いて詳細に説明する。

【００３１】（実施形態１）図１は、本発明の一実施形
態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、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。

【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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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２
１は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各圧力発生室
１２のインク供給側端部の近傍を横断する一のスリット
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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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いるが、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１２毎に圧力能動部が形成されていることになる。

【００４４】そして、かかる各上電極膜８０の上面の少
なくとも周縁、及び圧電体膜７０の側面を覆うように電
気絶縁性を備えた絶縁体層９０が形成されている。絶縁
体層９０は、成膜法による形成やまたエッチングによる
整形が可能な材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコ
ン、有機材料、好ましくは剛性が低く、且つ電気絶縁性
に優れた感光性ポリイミドで形成するのが好ましい。

【００４５】絶縁体層９０の各上電極膜８０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導電
パターン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
導電パターン１００が形成されている。導電パターン１
００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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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が、この際、圧電体能動部３２
０の両側面３２１を上から下に向かって外側に広がるよ
うに傾斜させる。

【００５３】以上説明したように、まず、下電極膜６０
の全体のパターンを形成し、次いで、圧電体能動部３２
０をパターニングすることによりパターニングが完了す
る。

【００５４】なお、このように形成された圧電体能動部
３２０と圧力発生室１２との平面位置関係は図６に示す
とおりであり、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、圧力発生室１２に対向する領
域内に設けられている。図６（ｂ）のＢ−Ｂ’断面に示
すように、圧電体能動部３２０の両側の側面３２１は、
上から下に向かって外側に傾斜しているテーパ面となっ
て、縦断面は略台形形状となっている。

【００５５】このような構造とすることにより、圧電体
能動部３２０の両端部において、その駆動時に発生する
力を外側へ行くほど徐々に小さくすることができる。従
って、両側面における応力集中が防止され、破壊等の虞
がなくなる。

【００５６】ここで、底面と傾斜面との成す角度θは、
５〜７５度、好ましくは、５〜４５度の範囲にあるのが
望ましい。このような範囲から外れると、応力集中を防
止するという効果が顕著には得られにくいからである。

【００５７】また、このようなテーパ面を有する圧電体
能動部３２０の形成方法は特に限定されないが、例え
ば、断面略台形となるレジストパターンを設けてイオン
ミリング等することにより容易に製造することができ
る。

【００５８】すなわち、図７に示すように、まず、レジ
スト２１０を塗布し（図７（ａ））、所定のマスクを用
いて露光し、現像することにより、断面が略台形のレジ
ストパターン２１５を形成する（図７（ｂ））。

【００５９】ここで、レジスト２１０は、例えば、ネガ
レジストをスピンコートなどにより塗布して形成し、レ
ジストパターン２１５は、その後、所定形状のマスクを
用いて露光・現像・ベークを行うことにより、形成す
る。この際、ポストベークを長めに行って側面を変形さ
せることにより、または過剰に露光することにより、傾
斜した側面を有する断面略台形のレジストパターン２１
５を容易に形成することができる。

【００６０】また、断面略台形の圧電体能動部３２０の
底面と傾斜面とのなす角度は、レジストパターン２１５
の傾斜した側面と平行に形成されるため、ポストベーク
の時間により、断面略台形の圧電体能動部３２０の底面
と傾斜面とのなす角度を容易に操作することが可能であ
る。

【００６１】そして、この後、イオンミリング等により
上電極膜８０および圧電体層７０をエッチングすること
により、図６（ｂ）に示すような断面略台形の圧電体能
動部３２０を形成することができる。なお、勿論、ネガ
レジストの代わりにポジレジストを用いてもよい。

【００６２】以上のように、圧電体能動部３２０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）。

【００６３】ここで、絶縁体層９０の各圧電体能動部３
２０の一端部に対応する部分の上面を覆う部分の一部に
は後述する導電パターン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
端子部に延びる導電パターン１００が形成されている。
導電パターン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。

【００６４】このような絶縁体層の形成プロセスを図８
に示す。

【００６５】まず、図８（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を形成する。この絶縁体層９
０の好適な材料は上述した通りであるが、本実施形態で
はネガ型の感光性ポリイミドを用いている。

【００６６】次に、図８（ｂ）に示すように、絶縁体層
９０をパターニングすることにより、各圧力発生室１２
のインク供給側の端部近傍に対応する部分にコンタクト
ホール９０ａを形成する。このコンタクトホール９０ａ
は、後述する導電体パターン１００と上電極膜８０との
接続をするためのものである。なお、コンタクトホール
９０ａは、圧力発生室１２の圧電体能動部３２０に対応
する部分に設ければよく、例えば、中央部やノズル側端
部に設けてもよい。

【００６７】次に、例えば、Ｃｒ−Ａｕ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、導電
体パターン１００を形成する。

【００６８】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８（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。

【００６９】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後、図
示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、導電パ
ターン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。

【００７０】（実施形態２）図９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電体能動部
および圧力発生室の形状を示す。

【００７１】本実施形態は、圧電体能動部３２０Ａの上
面は圧力発生室１２に対向する領域内にあるが、底面が
圧力発生室１２に対向する領域より幅方向外側まで延設
されるようにした以外は、実施形態１と同様である。

【００７２】従って、このような構造とすることによ
り、実施形態１と同様に、圧電体能動部３２０の幅方向
両側において応力集中が生じ難いが、圧力発生室１２の
縁部と圧電体能動部３２０の両側面３２１Ａとの位置関
係により、変位が多少小さくなるが、応力集中がさらに
生じがたい構成となっている。なお、圧電体能動部３２
０Ａの上面３２２Ａを圧力発生室１２に対向する領域内
に設けることにより、十分な変位量を確保できる。

【００７３】（実施形態３）図１０（ａ）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電
体能動部の形状を示す。

【００７４】本実施形態は、実施形態１の圧電体能動部
３２０の両側に、下電極膜６０の厚さを薄くした薄肉部
を設けて下電極除去部３５０を形成したものである。

【００７５】すなわち、圧力発生室１２の幅方向両側の
縁部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を一部除去す
ることにより、下電極除去部３５０を形成したものであ
る。このように下電極膜除去部３５０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
上を図ることができる。

【００７６】なお、この場合には、弾性膜５０がなく
て、下電極膜６０が弾性体および下電極の役割を果たす
ものでもよい。

【００７７】また、圧電体能動部３２０の両側面３２１
Ａがテーパ面となっているので、その駆動時に発生する
力を外側へ行くほど徐々に小さくすることができ、下電
極除去部３５０における応力集中が防止され、破壊等の
虞がない。

【００７８】なお、本実施形態では、下電極除去部３５
０は、下電極膜６０をハーフエッチング等により、下電
極膜６０の一部を除去して薄肉部としたが、図１０
（ｂ）に示すように、圧電体能動部３２０の幅方向両側
の下電極膜６０を全て除去することにより、下電極膜除
去部３５０Ａとしてもよい。

【００７９】（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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】ここで、この実施形態においても、実施形
態１〜３と同様に、圧電体能動部の両側面をテーパ面と
して、圧電体能動部の両側での応力集中を防止し、割れ
等の発生を防止することができる。

【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、弾性板
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、
圧力発生室に対向する前記圧電体能動部をその断面が略
台形形状となるように形成したことにより、圧電体能動
部の外縁部、特に両側の応力集中による破壊等を防止す
ることができる。

【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の要部を示す平面図であ
る。

【図７】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
ある。

【図８】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
ある。

【図９】本発明の実施形態２を説明する要部平面図であ
る。

【図１０】本発明の実施形態３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９５厚膜絶縁体層１００導電体パターン３２０圧電体能動部３２１側面（テーパ）３５０下電極除去部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−112529（ＪＰ，Ａ) 特開平９−39232（ＪＰ，Ａ) 特開平８−230199（ＪＰ，Ａ) 特開平９−156099（ＪＰ，Ａ) 特開平８−112896（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

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、少なくとも上面が下電極として作用する弾性
板と、該弾性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たインクジェット式記録ヘッドにお
いて、前記圧電体能動部は、成膜およびリソグラフィ法により
形成され、上面から底面ヘ向かって徐々に幅広となり、
その断面形状が略台形形状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２】請求項１において、前記圧電体能動部の
底面の幅が前記圧力発生室の幅よりも大きくなっている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】請求項１または２において、前記弾性板
が、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に、当該圧電体能動部に対
応する部分の厚さより薄い薄肉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４】請求項３において、前記圧電体能動部に
対応する部分の前記弾性板と前記薄肉部との境界の面
は、当該圧電体能動部の両側面と連続的に傾斜している
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、前記圧
電体能動部の両側面の底面に対する傾斜角度が、５〜７
５度の範囲に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１〜５の何れかにおいて、前記圧
電体能動部の断面略台形の形状が、断面が略台形のレジ
ストパターンを用いたエッチング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７】請求項１〜６の何れかにおいて、前記圧
電体能動部の断面略台形の形状が原子又は分子を衝突さ
せることにより、物理的に除去する方法により形成され
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８】請求項１〜７の何れかにおいて、前記圧
電体能動部の上面には絶縁体層が形成され、リード電極
と前記上電極との接続を行うコンタクト部は、前記絶縁
部に形成されたコンタクトホール内に形成されているこ
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。