JP3387380B2 - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

インクジェット式記録ヘッド

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JP3387380B2
JP3387380B2 JP23750897A JP23750897A JP3387380B2 JP 3387380 B2 JP3387380 B2 JP 3387380B2 JP 23750897 A JP23750897 A JP 23750897A JP 23750897 A JP23750897 A JP 23750897A JP 3387380 B2 JP3387380 B2 JP 3387380B2
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士郎 矢崎
真理 酒井
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14491Electrical connection

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 (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
  9. 【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。
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