JP3422364B2 - 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 - Google Patents

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

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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素子を形成して、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】これによれば圧電素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素子を作り付けることができるばか
りでなく、圧電アクチュエータ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アクチュエータを駆動するこ
とができる。

【0007】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、一般に、各圧力発生室の共通のインク室とな
るリザーバが複数枚の基板を積層することにより形成さ
れており、このリザーバから各圧力発生室にインクが供
給される。また、このリザーバにはリザーバの内部圧力
を一定に保つために、圧電素子の駆動時の圧力変化を吸
収するためのコンプライアンス部が設けられている。

【0008】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リザー
バを形成するために用いる基板の枚数が多く、特に、コ
ンプライアンス部を形成するために積層する基板の枚数
が多く、材料コスト、組立コストが高いという問題があ
る。

【0009】また、上述のようなインクジェット式記録
ヘッドでは、多ノズル化が図られているため、これに伴
ってリザーバを各圧力発生室に十分にインクを供給可能
な大きさにする必要があり、必然的にリザーバを形成す
る基板の強度が低下してしまうという問題がある。その
ため、実装工程において、これらの基板に熱が加わる
と、熱膨張により基板が反ってしまい割れが生じるとい
う問題がある。

【0010】また、圧力発生室を画成する基板にシリコ
ンを用いる場合には、他の基板との熱膨張係数の違いか
ら高温での接着が困難であり、組立工数が増加する等の
問題もある。

【0011】本発明はこのような事情に鑑み、構造を簡
略化して製造コストを低減すると共に、基板の変形及び
割れを防止した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。

【0012】

【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、インクを吐出する複数のノズル開口
を備えたノズル形成部材と、該ノズル形成部材と接合さ
れ且つ前記ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が
画成される流路形成基板と、該流路形成基板の前記ノズ
ル形成部材が接合された面とは反対の面に振動板を介し
て設けられて前記圧力発生室の体積を変化させる圧電素
子とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記流路形成基板の前記圧電素子が形成された側の面に
は、前記圧力発生室に連通して各圧力発生室にインクを
供給するリザーバの少なくとも一部を構成するリザーバ
部を有するリザーバ形成部材が接合され、該リザーバ形
成部材は、前記圧電素子に対向する領域に空間を確保し
た状態で当該空間を密封する圧電素子保持部を有するこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【0013】かかる第1の態様では、リザーバを形成す
るための基板の積層枚数を低減することができ、構造の
簡略化を図ることがきると共に、圧電素子保持部内に圧
電素子が密封され、外部環境に起因する圧電素子の破壊
が防止される。

【0014】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記圧電素子保持部は、各圧電素子毎に区画壁によ
って区画され、当該区画壁は前記流路形成基板に接合さ
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。

【0015】かかる第2の態様では、圧力発生室を区画
している周壁の剛性が増加され、圧電素子を駆動する際
の周壁の倒れ込みが防止される。

【0016】本発明の第3の態様は、第1又は2の態様
において、前記流路形成基板に、前記リザーバ形成部材
の前記リザーバ部と連通して当該リザーバ部と共に前記
リザーバの一部を構成する連通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、リザーバがリザー
バ部及び連通部によって構成され、比較的容積の大きい
リザーバを容易に形成することができる。

【0018】本発明の第4の態様は、第1〜3の何れか
の態様において、前記リザーバと各圧力発生室とは、当
該リザーバより相対的に流路の狭いインク供給路を介し
てそれぞれ連通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4の態様では、リザーバから相対
的に流路の狭いインク供給路を介して圧力発生室にイン
クが供給されるため、インクに混入する気泡の量が抑え
られる。

【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、前記リザーバ形成部材の前記リザーバ
部には、外部に連通して前記リザーバにインクを供給す
るためのインク導入口が連通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5の態様では、インク導入口から
リザーバにインクが供給される。

【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、前記リザーバ部は、並設された複数の
前記圧力発生室の幅方向に亘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。

【0023】かかる第6の態様では、各圧力発生室に共
通するリザーバからインクが供給される。

【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、前記リザーバ形成部材の前記リザーバ
部の一部が可撓性を有する可撓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。

【0025】かかる第7の態様では、リザーバの内部圧
力の変化が、可撓部が変形することによって吸収され、
リザーバ内が常に一定の圧力に保持される。

【0026】本発明の第8の態様は、第7の態様におい
て、前記リザーバ部に対応する領域の前記流路形成基板
には、前記圧力発生室とは連通することなく貫通した貫
通部が設けられ、該貫通部と前記リザーバ部との間が前
記可撓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。

【0027】かかる第8の態様では、貫通部とリザーバ
部との間に設けられた可撓部が弾性変形することによ
り、リザーバ内の圧力変化を吸収し、リザーバ内が常に
一定の圧力に保持される。

【0028】本発明の第9の態様は、第8の態様におい
て、前記貫通部は、並設された複数の前記圧力発生室の
幅方向に亘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。

【0029】かかる第9の態様では、可撓部がリザーバ
内の圧力変化を十分に吸収できる面積で形成される。

【0030】本発明の第10の態様は、第8又は9の態
様において、前記貫通部が、前記圧力発生室と共にエッ
チングすることによって形成され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。

【0031】かかる第10の態様では、可撓部を比較的
容易に形成することができる。

【0032】本発明の第11の態様は、第7〜10の何
れかの態様において、前記可撓部が、可撓性部材を接合
することにより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。

【0033】かかる第11の態様では、可撓性部材を接
合することにより、可撓部を容易に設けることができ
る。

【0034】本発明の第12の態様は、第11の態様に
おいて、前記可撓性部材が、金属又はセラミックの薄膜
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。

【0035】かかる第12の態様では、薄膜を成膜する
ことにより、可撓部を容易に形成することができる。

【0036】本発明の第13の態様は、第11の態様に
おいて、前記可撓性部材が、樹脂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。

【0037】かかる第13の態様では、可撓部が樹脂部
材で構成されるため、容易に形成することができる。

【0038】本発明の第14の態様は、第13の態様に
おいて、前記樹脂材料が、フッ素樹脂、シリコーン系樹
脂及びシリコーンゴムからなる群から選択されることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【0039】かかる第14の態様では、特定の樹脂材料
を用いることにより、確実に可撓部を形成することがで
きる。

【0040】本発明の第15の態様は、第11の態様に
おいて、前記可撓性部材が、引張応力を有する層を含む
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【0041】かかる第15の態様では、可撓性膜が挫屈
することなく、可撓性膜の破壊が防止できる。

【0042】本発明の第16の態様は、第11の態様に
おいて、前記可撓性部材が、前記振動板及び前記圧電素
子を構成する膜のみ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。

【0043】かかる第16の態様では、圧電素子を形成
する際に、それと共に可撓性部材を容易に形成すること
ができる。

【0044】本発明の第17の態様は、第11〜16の
何れかの態様において、前記可撓性部材には、少なくと
も前記可撓部に対向する領域に貫通孔を有する他の基板
が接合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。

【0045】かかる第17の態様では、可撓部以外の部
分の強度が向上され、ヘッドの耐久性が向上する。

【0046】本発明の第18の態様は、第11〜17の
何れかの態様において、前記可撓性部材の前記リザーバ
部とは反対側の表面上には、面方向に延びる凸条からな
る梁部が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。

【0047】かかる第18の態様では、梁部によって、
可撓性膜の強度が増加し、耐久性が向上する。

【0048】本発明の第19の態様は、第18の態様に
おいて、前記梁部が、格子状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。

【0049】かかる第19の態様では、格子状の梁部に
よって、可撓性膜の強度が増加し、耐久性が向上する。

【0050】本発明の第20の態様は、第1〜19の何
れかの態様において、前記リザーバ形成部材の前記リザ
ーバ部には、当該リザーバ部を画成し且つ相対向する側
壁間に渡って少なくとも一つの梁状の補強部が設けられ
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。

【0051】かかる第20の態様では、補強部によって
リザーバ部の剛性が向上し、実装時の熱応力によるリザ
ーバ形成部材の割れが防止される。

【0052】本発明の第21の態様は、第20の態様に
おいて、前記補強部の少なくとも一部は、前記リザーバ
形成部材の他の部分よりも厚さが薄いことを特徴とする
インクジェット式記録ヘッドにある。

【0053】かかる第21の態様では、リザーバの機能
を低下させることなく、リザーバ部の剛性が向上する。

【0054】本発明の第22の態様は、第21の態様に
おいて、前記補強部は、前記流路形成基板側の少なくと
も一部が除去されて他の部分よりも厚さが薄いことを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【0055】かかる第22の態様では、リザーバの機能
を確実に保持でき、且つリザーバ部の剛性が向上する。

【0056】本発明の第23の態様は、第20〜22の
何れかの態様において、前記補強部が、前記圧電素子の
長手方向に沿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。

【0057】かかる第23の態様では、リザーバ形成基
板の実装時の熱応力による割れが確実に防止される。

【0058】本発明の第24の態様は、第1〜23の何
れかの態様において、前記リザーバ形成部材の前記圧電
素子に対向する領域の少なくとも一部には、当該圧電素
子の変位を検出する検出用貫通孔が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。

【0059】かかる第24の態様では、リザーバ形成部
材の外側から、容易に圧電素子の変位を検出することが
できる。

【0060】本発明の25の態様は、第24の態様にお
いて、前記圧電素子保持部は、前記リザーバ形成部材を
貫通して設けられ且つ透過性部材で封止されており、前
記検出用貫通孔を兼ね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。

【0061】かかる第25の態様では、圧電素子を密封
した状態で、圧電素子の変位を検出することができる。

【0062】本発明の第26の態様は、第25の態様に
おいて、前記透過性部材が、前記可撓部を形成している
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【0063】かかる第26の態様では、圧電素子保持部
の内部圧力の変化が透過性部材の変形によって吸収さ
れ、圧電素子保持部の内部圧力が一定に保たれる。

【0064】本発明の第29の態様は、第1〜28の何
れかの態様において、前記圧電素子から引出された前記
流路形成基板上の配線と、前記リザーバ形成部材の前記
流路形成基板とは反対側の領域に設けられた配線とを接
続する連結配線を具備し、外部配線は前記リザーバ形成
部材の前記流路形成基板とは反対側の領域に設けられた
前記配線と接続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。

【0065】かかる第27の態様では、リザーバ形成部
材の反対側の領域で、圧電素子から引出される配線と外
部配線とが接続されるため、ヘッドを小型化することが
できる。

【0066】本発明の第28の態様は、第27の態様に
おいて、前記連結配線が、ワイヤボンディングによって
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。

【0067】かかる28の態様では、連結配線を容易に
形成することができる。

【0068】本発明の第29の態様は、第27の態様に
おいて、前記連結配線が、薄膜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。

【0069】かかる第29の態様では、連結配線を容易
に形成することができる。

【0070】本発明の第30の態様は、第27〜29の
何れかの態様において、前記リザーバ形成部材には、前
記圧電素子に対応する領域に、当該リザーバ形成部材を
貫通して外部と連通する連通孔が設けられ、前記連結配
線が当該連通孔を介して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。

【0071】かかる第30の態様では、連結配線をリザ
ーバ形成部材内に設けることができるため、ヘッドを小
型化することができる。

【0072】本発明の第31の態様は、第30の態様に
おいて、前記連通孔が前記圧力発生室の前記リザーバ側
の周壁に対向する領域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。

【0073】かかる第31の態様では、連結配線がリザ
ーバ側の連通孔を介して設けられる。

【0074】本発明の第32の態様は、第30の態様に
おいて、前記連通孔が前記圧力発生室の前記ノズル開口
側の周壁に対向する領域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。

【0075】かかる第32の態様では、連結配線がノズ
ル開口側の連通孔を介して設けられる。

【0076】本発明の第33の態様は、第27〜32の
何れかの態様において、前記リザーバ形成部材には、前
記圧電素子を駆動するための駆動回路が搭載され、前記
連結配線が当該駆動回路に接続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。

【0077】かかる第33の態様では、リザーバ形成部
材に駆動回路を搭載して、省スペース化を図ることがで
きる。

【0078】本発明の第34の態様は、第33の態様に
おいて、前記駆動回路が半導体集積回路であることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【0079】かかる第34の態様では、リザーバ形成部
材に駆動回路を容易に搭載することができ、確実に省ス
ペース化を図ることができる。

【0080】本発明の第35の態様は、第1〜34の何
れの態様において、前記リザーバ形成部材が、前記リザ
ーバ部を具備するリザーバ形成基板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。

【0081】かかる第35の態様では、リザーバを介し
て圧力発生室に確実にインクを供給できるインクジェッ
ト式記録ヘッドを容易に実現できる。

【0082】本発明の第36の態様は、第35の態様に
おいて、前記リザーバ形成基板の熱膨張係数が、前記流
路形成基板の熱膨張係数と略同一であることを特徴する
インクジェット式記録ヘッドにある。

【0083】かかる第36の態様では、リザーバ形成部
材と流路形成基板との高温での接着が可能となり、製造
工程を簡略化することができる。

【0084】本発明の第37の態様は、第35又は36
の態様において、前記リザーバ形成基板の材料が、シリ
コン、ガラス及びセラミックスからなる群から選択され
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。

【0085】かかる第37の態様では、リザーバ形成基
板を特定の材料で形成することにより、製造工程を確実
に簡略化することができる。

【0086】本発明の第38の態様は、第1〜37の何
れかの態様において、前記ノズル形成部材が流路形成基
板及びリザーバ形成部材と略同一材料で形成されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【0087】かかる第38の態様では、ノズル形成部材
の接合が容易になり、製造工程を簡略化することができ
る。

【0088】本発明の第39の態様は、第1〜38の何
れかの態様において、前記ノズル形成部材が、前記ノズ
ル開口を具備するノズルプレート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。

【0089】かかる第39の態様では、ノズル開口から
インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを容易に
実現できる。

【0090】本発明の第40の態様は、第1〜39の何
れかの態様において、前記圧力発生室がセラミックス製
の基板に形成され、前記圧電素子の各層がグリーンシー
ト貼付又は印刷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。

【0091】かかる第40の態様では、ヘッドを容易に
製造することができる。

【0092】本発明の第41の態様は、第1〜40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
の各層が薄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。

【0093】かかる第41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。

【0094】本発明の第42の態様は、第1〜41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。

【0095】かかる第42の態様では、ヘッドの構造を
簡略化して、製造コストを低減したインクジェット式記
録装置を実現することができる。

【0096】

【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。

【0097】(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。

【0098】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。

【0099】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。

【0100】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、
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、そ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。

【0101】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。

【0102】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。

【0103】また、流路形成基板10の開口面側には、
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15が穿設されたノズルプレート16が
接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。な
お、ノズルプレート16は、厚さが例えば、0.1〜1
mm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、又
は不錆鋼などからなる。ノズルプレート16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、ノズルプレート16は、流路形成基板10
と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよ
い。この場合には、流路形成基板10とノズルプレート
16との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の
接着剤等を用いて容易に接合することができる。

【0104】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15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15は数十μmの直径で精度よく形成する必要
がある。

【0105】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0.2μm
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、圧電体膜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膜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
膜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。なお、上述した例では、弾性膜50及び下電極膜6
0が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ね
るようにしてもよい。

【0106】また、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21を有するリザーバ形成基板20が接合され
ている。このリザーバ部21は、本実施形態では、リザ
ーバ形成基板20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おり、上述のように流路形
成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12
の共通のインク室となるリザーバ100を構成してい
る。

【0107】このリザーバ形成基板20としては、流路
形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラ
ス、セラミック材料等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16の場合と同様に、両者を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。

【0108】さらに、このリザーバ形成基板20には、
封止膜31及び固定板32とからなるコンプライアンス
基板30が接合されている。ここで、封止膜31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31によってリザーバ部21の一方面が
封止されている。また、固定板32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32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33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31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22となっている。

【0109】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30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25が形
成されている。さらに、リザーバ形成基板20には、イ
ンク導入口25とリザーバ100の側壁とを連通するイ
ンク導入路26が設けられている。なお、本実施形態で
は、一つのインク導入口25及びインク導入路26によ
って、リザーバ100にインクを供給するようにしてい
るが、これに限定されず、例えば、所望のインク供給量
に応じて、複数のインク導入口及びインク導入路を設け
るようにしてもよいし、あるいはインク導入口の開口面
積を大きくしてインク流路を拡大するようにようにして
もよい。

【0110】通常、インク導入口25からリザーバ10
0にインクが供給されると、例えば、圧電素子300の
駆動時のインクの流れ、あるいは、周囲の熱などによっ
てリザーバ100内に圧力変化が生じる。しかしなが
ら、上述のように、リザーバ100の一方面が封止膜3
1のみよって封止されて可撓部22となっているため、
この可撓部22が撓み変形してその圧力変化を吸収す
る。したがって、リザーバ100内は常に一定の圧力に
保持される。なお、その他の部分は固定板32によって
十分な強度に保持されている。また、本実施形態では、
リザーバ100等を構成する基板の枚数を低減すること
ができるため、材料コスト及び組立コスト等を削減する
ことができる。

【0111】一方、リザーバ形成基板20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24が設けられ、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
24内に密封されている。なお、本実施形態では、圧電
素子保持部24は幅方向に並設された複数の圧電素子3
00を覆う大きさで形成されている。

【0112】このように、リザーバ形成基板20は、リ
ザーバ100を構成すると共に、圧電素子300を外部
環境と遮断するためのキャップ部材を兼ねており、水分
等の外部環境による圧電素子300の破壊を防止するこ
とができる。また、本実施形態では、圧電素子保持部2
4の内部を密封状態にしただけであるが、例えば、圧電
素子保持部24内の空間を真空にしたり、あるいは窒素
又はアルゴン雰囲気等とすることにより、圧電素子保持
部24内を低湿度に保持することができ、圧電素子30
0の破壊をさらに確実に防止することができる。

【0113】また、このように圧電素子保持部24によ
って密封されている圧電素子300の圧電体膜70及び
上電極膜80は、本実施形態では、圧力発生室12の長
手方向一端部から流路形成基板10上をリザーバ形成基
板20の外側まで延設されており、流路形成基板10の
リザーバ形成基板との接合側の面が露出した露出部10
a上で、例えば、フレキシブルケーブル等の外部配線4
0と接続されている。すなわち、圧電素子300から配
線をリザーバ形成基板20の外側まで延設することによ
り、圧電素子300と外部配線とを容易に接続すること
ができる。

【0114】このような本実施形態のインクジェット式
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25からインクを取り込み、リザーバ1
00からノズル開口15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、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜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、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口1
5からインク滴が吐出する。

【0115】なお、本実施形態では、リザーバ形成基板
20の圧電素子保持部24は、幅方向に並設された全て
の圧電素子300を覆うように形成されているが、これ
に限定されず、例えば、図3に示すように、圧電素子保
持部24を区画壁27によって各圧電素子300毎にそ
れぞれ独立した圧電素子保持部24Aとし、各圧電素子
保持部24Aにそれぞれ圧電素子300を密封するよう
にしてもよい。これにより、流路形成基板10の各圧力
発生室12の側壁12aに対応する部分には、それぞれ
区画壁27が接合されることになり、圧力発生室12の
周壁の剛性が向上され、圧電素子300を駆動した際の
周壁の倒れ込みを抑えることができる。勿論、このよう
な構成によっても、上述の実施形態と同様に、圧電素子
300の破壊を防止することができることはいうまでも
ない。

【0116】また、本実施形態では、圧電体膜70及び
上電極膜80をリザーバ形成基板20の外側まで延設
し、上電極膜80と外部配線40とを接続するようにし
たが、これに限定されず、例えば、図4に示すように、
各圧電素子300を圧力発生室12に対向する領域にパ
ターニングすると共に、上電極膜80から絶縁体膜85
を介してリード電極90をリザーバ形成基板20の外側
の露出部10aまで延設し、その端部近傍で外部配線4
0と接続するようにしてもよい。

【0117】このように、リード電極90を上電極膜8
0からリザーバ形成基板20の外側まで延設して外部配
線40と接続することにより、リザーバ形成基板20を
接着する際の弾性膜50との隙間が、わずか数μmとな
り圧電素子300を圧電素子保持部24内により確実に
密封することができる。

【0118】また、本実施形態では、流路形成基板10
をリザーバ形成基板20のよりも大きく形成して、流路
形成基板10の露出部10a上で、圧電素子300と外
部配線40との接続を行うようにしたが、これに限定さ
れず、例えば、図5に示すように、リザーバ形成基板2
0を流路形成基板10よりも大きく形成して、リザーバ
形成基板20の流路形成基板10との接合側の面を露出
させた露出部20aとし、この露出部20a上で圧電素
子300と外部配線との接続を行うようにしてもよい。

【0119】さらに、本実施形態では、流路形成基板1
0の圧力発生室12のノズル開口15とは反対の端部側
に、インク供給路14を介してリザーバ100の一部を
構成する連通部13を設けるようにしたが、これに限定
されず、例えば、図6に示すように、リザーバ100を
基本的にリザーバ形成基板20のリザーバ部21のみで
構成するようにし、流路形成基板10に各圧力発生室1
2とリザーバ100とをリザーバ100より相対的に流
路の狭い連通路18で連通するようにしてもよい。この
ような構成では、インクが圧力発生室12に供給される
際、インクの流速が保持されるため、気泡の混入が防止
されて良好なインク吐出を行うことができる。

【0120】(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断面図である。

【0121】本実施形態は、可撓部22をリザーバ部2
1の流路形成基板10とは反対側の領域ではなく、流路
形成基板10側に設けるようにした例である。

【0122】詳しくは、図7に示すように、本実施形態
では、リザーバ部21に対応する領域の流路形成基板1
0には、圧力発生室12とは連通されない貫通部18が
圧力発生室12の幅方向に亘って設けられており、少な
くもこの貫通部18とリザーバ部21との間は、その厚
さ方向に弾性変形可能な可撓性膜110で塞がれて可撓
部22となっている。

【0123】一方、リザーバ形成基板20の流路形成基
板10とは反対側の面には、金属等の硬質材料、例え
ば、ステンレス鋼(SUS)等からなる固定板32Aが
接合され、リザーバ100の一方面が封止されている。

【0124】このような可撓性膜110は、上述の可撓
部22と同様に、圧電素子300の駆動等によってリザ
ーバ100内で圧力変化が生じた場合に、弾性変形する
ことによって圧力変化を吸収する。これにより、リザー
バ100の内部圧力が常に一定値以下に抑えられ、イン
ク吐出特性が良好に維持される。

【0125】本実施形態では、リザーバ部21に対応す
る領域の流路形成基板10上には、弾性膜50及び圧電
素子300を構成する下電極膜60、圧電体膜70及び
上電極膜80が設けられており、貫通部18に対向する
領域でこれらの膜が可撓性膜110となっている。な
お、このような膜構成の可撓性膜110の厚さは、約3
μm程度であり、十分にコンプライアンス部として機能
する。

【0126】また、このような可撓性膜110として
は、全平面方向の引張応力を有する膜を含むことが好ま
しい。特に、可撓性膜110を構成する膜全体の応力が
引張方向に強く、可撓性膜110が挫屈しない状態であ
ることが好ましい。これにより、可撓性膜110の過度
の変形が抑えられ、可撓性膜110の破壊を防止でき
る。

【0127】また、本実施形態では、可撓性膜110は
弾性膜50及び圧電素子300を構成する膜のみで構成
され、圧電素子300の形成と共に形成することができ
る。また、貫通部18も圧力発生室12と共にエッチン
グすることにより形成することができるため、製造工程
を増やすことなく容易に形成することができる。

【0128】なお、可撓性膜110は、本実施形態で
は、弾性膜50、下電極膜60、圧電体膜70及び上電
極膜80からなるが、これに限定されず、例えば、弾性
膜50と圧電素子300を構成する少なくとも一層とで
構成するようにしてもよく、何れにしても、可撓性を有
し、且つ所定の強度を有する膜であればよい。ただし、
本実施形態のように、弾性膜を二酸化シリコンで形成し
た場合、弾性膜のみとすると強度が低いために好ましく
ない。また、勿論、可撓性膜110として、他の材質か
らなる膜を別途設けるようにしてもよいことは言うまで
もない。

【0129】(実施形態3)図8は、実施形態3に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部断面図及び可撓性膜
の概略図である。

【0130】本実施形態は、図8に示すように、可撓部
22となる可撓性膜110の流路形成基板側の表面に、
面方向に延びる凸条からなる梁部111を設けるように
した以外、実施形態2と同様である。

【0131】この梁部111は、可撓性膜110の強度
を高めるものであり、例えば、本実施形態では、図8
(b)に示すように、可撓性膜110の表面全体に亘っ
て格子状に設けられている。この梁部111の面積は、
所望の強度が得られるように、可撓性膜110の材質及
び膜厚等の条件に応じて、適宜決定されればよい。この
とき、リザーバ100内の圧力変化を確実に吸収するた
めには、可撓性膜110の梁部111が形成されていな
い実際の可撓部となる部分が、圧力発生室の少なくとも
10倍程度の面積を保持することが好ましい。

【0132】また、この梁部111の形成方法として
は、特に限定されないが、例えば、流路形成基板10に
貫通部18を形成する際、所定のマスクパターンを用い
てエッチングすることにより、流路形成基板10の一部
が残留した部分を梁部111とすればよい。

【0133】このように、可撓性膜110に梁部111
を設けることにより、可撓性膜110の強度を増加させ
ることができる。したがって、梁部111の面積を調整
することにより、可撓性膜110の強度及びコンプライ
アンスを容易且つ高精度に調整することができる。

【0134】なお、梁部111の形状は、格子状に限定
されず、所定の強度が得られ、且つ所定のコンプライア
ンスを保持できる形状であれば、例えば、斜め格子等他
の形状であってもよい。また、勿論、貫通部18の大き
さを変更することによって、可撓性膜110の強度及び
コンプライアンスを調整するようにしてもよい。

【0135】(実施形態4)図9は、実施形態2に係る
インクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図であ
る。

【0136】図9に示すように、本実施形態では、リザ
ーバ100の一部を構成するリザーバ部21にリザーバ
形成基板20の剛性を保持するための補強部28を設け
た以外は、実施形態1と同様である。

【0137】すなわち、本実施形態では、リザーバ形成
基板20にリザーバ部21を画成し且つ相対向する側壁
間に、少なくとも1つの補強部28、例えば、本実施形
態では、2つの梁状の補強部28が設けられている。こ
の補強部28は、リザーバ部21の流路形成基板10と
の接合面とは反対の表面側に、圧電素子300の長手方
向に沿って形成されている。また、この補強部28は、
リザーバ形成基板20を流路形成基板10との接合面側
からハーフエッチングすることにより形成され、他の部
分よりも薄い厚さとなっている。このような補強部28
は、可撓部22がリザーバ100の内部圧力を均一に保
持可能な程度の面積となる範囲で、できるだけ広い面積
とするのが好ましい。

【0138】このように本実施形態では、リザーバ10
0を画成する側壁間に梁状の補強部28を設け、リザー
バ部21の剛性が向上されているため、リザーバ部21
の容積を比較的大きくしても、実装時の熱応力によるリ
ザーバ形成基板の反り等の変形を防止することができ、
この変形によって発生するリザーバ形成基板の割れを防
止することができる。したがって、ヘッドの耐久性及び
信頼性を向上することができる。

【0139】なお、本実施形態では、補強部28をリザ
ーバ形成基板20の流路形成基板10の接合面とは反対
の表面側に設けるようにしたが、これに限定されず、例
えば、図10に示すように、リザーバ形成基板20の流
路形成基板10との接合面側に設けるようにしてもよ
い。

【0140】また、本実施形態では、補強部28全体を
他の部分より薄く形成するようにしたが、これに限定さ
れず、例えば、図11に示すように、補強部28を基本
的にはリザーバ形成基板20と同じ厚さで形成するよう
し、流路形成基板10との接合面側の一部を、厚さ方向
の一部を除去した除去部28aとしてもよい。このよう
な構造とすることにより、リザーバ100の機能を低下
させることなく、リザーバ形成基板20の強度をさらに
向上することができ、実装時の熱による変形を確実に防
止することができる。

【0141】さらに、本実施形態では、2つの補強部2
8を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、
1つであってもよいし、3つ以上設けるようにしてもよ
い。何れにしても、補強部28の形状は、可撓部22の
コンプライアンスをリザーバ100の内部圧力変化を吸
収可能な程度に保持できるものであればよい。

【0142】(実施形態5)図12は、実施形態5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。

【0143】本実施形態は、流路形成基板10上に一部
材で構成されるコンプライアンス基板30Aを設けた例
である。すなわち、本実施形態では、図12に示すよう
に、リザーバ100に対向する領域の厚さ方向の一部を
除去して可撓性を有する可撓部22Aとして、その外側
にインク導入口25となる貫通孔を形成した以外は、実
施形態1と同様である。このようなコンプライアンス基
板30Aの材料としては、可撓性を有する、例えば、フ
ッ素樹脂、シリコーン系樹脂又はシリコーンゴム等の樹
脂材料であることが好ましく、これによりコンプライア
ンス基板30Aを容易に形成することができる。

【0144】なお、このコンプライアンス基板30Aの
製造方法は、特に限定されないが、例えば、リザーバ形
成基板20を構成するシリコン単結晶基板上に所定の厚
さの樹脂層を形成した後、リザーバ形成基板20にリザ
ーバ100等をエッチング等で形成し、さらに、樹脂層
のリザーバ100に対向する領域の厚さ方向の一部等を
エッチングすることにより形成することができる。

【0145】また、本実施形態では、コンプライアンス
基板30Aを樹脂材料で形成するようにしたが、これに
限定されず、例えば、図13に示すように、コンプライ
アンス基板30Bを、例えば、厚さが1〜10μm程度
の金属又はセラミック等の薄膜で構成するようにしても
よい。この場合には、リザーバ100に対向する領域
は、厚さ方向の一部を除去しなくても可撓性を有する可
撓部22Bとすることができる。したがって、ヘッドを
さらに容易に製造することができる。

【0146】(実施形態6)図14は、実施形態6にか
かるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。

【0147】本実施形態は、図6に示すように、リザー
バ形成基板20の圧電素子保持部24に対向する領域の
圧電素子300に対応する部分に圧力発生室12の列方
向に亘って圧電素子300の変位を検出するための検出
用貫通孔24aを設けた以外は、実施形態1と同様であ
る。

【0148】このような構成では、リザーバ形成基板2
0上にコンプライアンス基板30を接合する前に、例え
ば、レーザ等を用いて圧電素子300の変位のチェック
を行うことができる。したがって、ヘッドの完成前に圧
電素子300の不良を発見することができ、製造効率を
向上することができる。また、この検出用貫通孔24a
は、コンプライアンス基板30によって封止されるた
め、実施形態1と同様に、圧電素子保持部24を密封状
態に保持することができる。

【0149】このような検出用貫通孔24aの大きさ
は、特に限定されず、少なくとも圧電素子300に対向
する領域に形成されていればよい。したがって、本実施
形態では、圧力発生室12の列方向に亘って溝状に設け
たが、例えば、各圧電素子300毎の丸孔としてもよ
く、あるいは、圧電素子保持部全体を貫通孔としてもよ
い。

【0150】なお、本実施形態では、検出用貫通孔24
aをコンプライアンス基板30で封止しているが、これ
に限定されず、例えば、図15に示すように、検出用貫
通孔24aを可撓性を有する封止膜31のみで封止、す
なわち、検出用貫通孔24aに対向する領域の固定板3
2を除去して、可撓部22Cとしてもよい。これによ
り、圧電素子保持部24内に圧力変化が生じた場合、可
撓部22Cが変形することによって圧力変化が吸収さ
れ、圧電素子保持部24内を常に一定の圧力に保持する
ことができる。

【0151】また、圧電素子保持部24の可撓部22C
となる封止膜31を、例えば、アクリル樹脂等の光透過
性部材で形成してもよく、これにより圧電素子300を
圧電素子保持部24内に密封した状態で、変位の検出を
行うことができる。すなわち、常時圧電素子300の検
査を行うことができる。

【0152】(実施形態7)図16は、実施形態7に係
るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図であ
る。

【0153】本実施形態は、圧電素子300の配線方法
の他の例であり、図16に示すように、リザーバ形成基
板20のリザーバ100とは反対側の一部には、コンプ
ライアンス基板30が設けられておらず、リザーバ形成
基板20の表面が露出された露出部20bとなってい
る。そして、リザーバ形成基板20の外側まで延設され
た圧電素子300の上電極膜80からワイヤボンディン
グによって配線29をリザーバ形成基板20の露出部2
0b上まで延設し、この延設された配線29の端部を圧
電素子300と外部配線40とを接続する実装部120
とした。また、さらにその外側を、例えば、エポキシ等
の絶縁部材95によってモールドして電気絶縁を図った
以外は、実施形態1と同様である。

【0154】ここで、従来のように、流路形成基板10
の表面が露出した露出部上で圧電素子300と外部配線
40とを接続する場合には、この露出部の幅は約2.2
〜3mm程度必要となり、ヘッドの寸法が若干大きくな
ってしまう。これに対して、本実施形態では、流路形成
基板10の露出部10aからワイヤボンディングによっ
て配線29をリザーバ形成基板20の露出部20b上ま
で延設して、外部配線40と接続するようにしたので、
流路形成基板10の露出部10aの幅を約0.2mm程
度にすることができ、記録ヘッドの寸法をより小さくす
ることができる。また、勿論、このような構成によって
も、実施形態1と同様の効果を得ることができる。

【0155】(実施形態8)図17は、実施形態8にか
かるインクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図で
ある。

【0156】本実施形態は、リザーバ形成基板20に貫
通溝を設け、この貫通溝を介して圧電素子300と外部
配線とを接続した例である。詳しくは、図17に示すよ
うに、本実施形態では、圧電素子300の圧電体膜70
及び上電極膜80が圧力発生室12のノズル開口15側
の長手方向周壁上まで延設され、流路形成基板10とリ
ザーバ形成基板20との間に挟持されている。また、実
施形態7と同様に、リザーバ形成基板20のコンプライ
アンス基板30との接合面の一部は、表面が露出された
露出部20bとなっており、この露出部20bに対応し
且つ圧電素子300の上電極膜80に対向する領域に
は、圧力発生室12の並設方向に亘って延びる貫通溝3
5が形成されている。そして、各圧電素子300の上電
極膜80からこの貫通溝35を通してリザーバ形成基板
20の表面上にワイヤボンディングによって配線29が
延設され、この配線29の端部を圧電素子300とフレ
キシブルケーブル等の外部配線40とを接続する実装部
120としている。

【0157】このような構成では、貫通溝35を介して
配線29が延設されるため、上述した流路形成基板10
又はリザーバ形成基板20の露出部10a,20aを設
ける必要がなく、ヘッドをより小型化することができ
る。

【0158】なお、この貫通溝35は、本実施形態で
は、圧力発生室12の列に亘って溝状に形成されている
が、これに限定されず、例えば、各圧電素子300毎に
独立した貫通孔を設けるようにしてもよい。

【0159】また、本実施形態では、ワイヤボンディン
グによって上電極膜80から配線29を延設するように
したが、これに限定されず、例えば、図18に示すよう
に、例えば、金(Au)等の導電性の薄膜を貫通溝35
の内周面及びコンプライアンス基板30の上面に成膜し
て、この導電性の薄膜を各圧電素子300毎にパターニ
ングすることにより配線29Aとしてもよい。

【0160】さらに、例えば、図19に示すように、配
線29Bをリザーバ形成基板20の接合面20c及び外
面20dを介してリザーバ形成基板20の露出部20b
まで延設し、その端部を外部配線40と接続する実装部
120としてもよい。また、このような配線29Bを設
ける場合には、図示するように、上電極膜80からリー
ド電極90をリザーバ形成基板20の接合面20cまで
延設し、このリード電極90を介して上電極膜80と配
線29Bとを接合するのが好ましい。これにより、上述
したようにリザーバ形成基板20を接着する際の弾性膜
50との隙間が、わずか数μmとなり圧電素子300を
圧電素子保持部24内により確実に密封することができ
る。

【0161】(実施形態9)図20は、実施形態9にか
かるインクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面
図である。

【0162】本実施形態では、図20に示すように、流
路形成基板10は圧力発生室12が幅方向に並設された
列がノズル開口15側の端部が対向するように2列設け
られており、各圧力発生室12に対応する領域には、そ
れぞれ圧電素子300が形成されている。また、これら
圧力発生室12の長手方向外側には各圧力発生室の列毎
にそれぞれリザーバ100が設けられており、これらの
リザーバ100には、それぞれインク導入口25及びイ
ンク導入路26が連通されている。なお、リザーバ及び
インク導入口等の構造は、上述の実施形態と同様であ
る。

【0163】また、圧電素子300は、それぞれ圧力発
生室12に対向する領域からリザーバ100側の周壁上
まで延設され、流路形成基板10とリザーバ形成基板2
0との間に挟持されている。また、リザーバ形成基板2
0のリザーバ部21側、すなわち、圧力発生室12の周
壁に対向する領域の圧電素子300の上電極膜80に対
向する領域には、実施形態8と同様に、圧力発生室12
の各列毎に貫通溝35が設けられている。また、圧力発
生室12の列間に対応する領域のリザーバ形成基板20
上には、例えば、圧電素子300を駆動するための駆動
回路130が搭載されている。この駆動回路130は、
回路基板あるいは駆動回路を含む半導体集積回路(I
C)であってもよい。そして、各圧電素子300の上電
極膜80と駆動回路130とがそれぞれ、貫通溝35を
介してワイヤボンディング等によって延設された配線2
9によって接続されている。さらに、リザーバ形成基板
20上には、駆動回路130に信号を供給するための配
線29Dが施されており、この配線29Dの一端は駆動
回路130に接続され、他端は外部配線40が接続され
る実装部120となっている。

【0164】このような構成によっても、実施形態8と
同様に、ヘッドを小型化することができる。さらに、本
実施形態では、貫通溝35がリザーバ100側に設けら
れているため、圧力発生室12の複数の列間で、より効
率的に圧電素子300と駆動回路130等とを接続する
ことができる。

【0165】なお、本実施形態では、リザーバ形成基板
20上に駆動回路130を設けたが、これに限定され
ず、例えば、実施形態1と同様に、リザーバ形成基板2
0の露出部10a上で、圧電素子300から延設された
配線とフレキシブルケーブル等の外部配線とを接続する
ようにしてもよいことはいうまでもない。

【0166】なお、本実施形態では、圧電素子300の
上電極膜80と駆動回路130とをワイヤボンディング
のみで延設された配線29によって接続するようにした
が、これに限定されず、例えば、図21に示すように、
リザーバ形成基板20上の駆動回路120と貫通溝35
との間の領域に、薄膜からなるIC配線部140を設
け、このIC配線部140を介して各圧電素子300と
駆動回路130とを接続するようにしてもよい。すなわ
ち、各圧電素子300の上電極膜80からこのIC配線
部140の一端部にワイヤボンディングによって配線2
9Eを延設し、IC配線部140の他端部にワイヤボン
ディングによって駆動回路130を接続するようにして
もよい。また、上電極膜80からワイヤボンディングに
よってIC配線部140まで配線29Eを延設するよう
にしたが、これに限定されず、例えば、図22に示すよ
うに、例えば、金(Au)等の導電性の薄膜を貫通溝3
5の内周面及びリザーバ形成基板20の上面に成膜し
て、この導電性の薄膜を各圧電素子300毎にパターニ
ングすることにより配線29Eとしてもよい。

【0167】(実施形態10)図23は、実施形態10
にかかるインクジェットヘッドの要部平面図及び断面図
である。

【0168】本実施形態では、図23に示すように、実
装部120を流路形成基板10の圧電素子300の並設
方向一方の端部側の露出部10bに設けた例である。

【0169】すなわち、本実施形態では、圧電素子30
0が圧力発生室12に対向する領域に設けられ、上電極
膜80からリザーバ形成基板20の接合面20cに対向
する領域までリード電極90が延設されている。また、
リザーバ形成基板20の接合面20c及び圧電素子保持
部24の内面20eには配線29Fが設けられており、
リード電極90と実装部120とが接続されている以外
は、実施形態1と同様である。

【0170】なお、この配線29Fの経路は特に限定さ
れず、リザーバ形成基板20を接着剤等により接着する
際、配線29Fと各リード電極90の端部及び実装部1
20の一端とが接続されればよい。

【0171】このような構成では、圧力発生室12の幅
方向の一方の端部から外部配線40を引き出すことがで
きるため、ヘッドを横に並べることが可能となる。ま
た、勿論、上述の実施形態と同様の効果を得ることがで
きる。

【0172】(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。

【0173】例えば、上述の実施形態では、流路形成基
板10の一方面に、リザーバ形成部材として、リザーバ
100の一部を構成するリザーバ部21を有するリザー
バ形成基板20を接合するようにしたが、これに限定さ
れず、例えば、リザーバ形成部材は、複数の基板でリザ
ーバを形成する構造としてもよい。

【0174】また、同様に、ノズル形成部材としてノズ
ルプレート16を接合するようにしたが、これに限定さ
れず、例えば、ノズル開口と圧力発生室とを連通するノ
ズル連通孔等を有する他の基板を含む多層構造としても
よい。

【0175】なお、上述の各実施形態では、成膜及びリ
ソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のイン
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、グリーンシートを貼付す
る等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式
記録ヘッドにも本発明を採用することができる。

【0176】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24
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。

【0177】図24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
1B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。

【0178】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にはキャリッジ軸5に
沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ロ
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。

【0179】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、流
路形成基板上にリザーバの少なくとも一部を構成するリ
ザーバ形成基板を接合してリザーバを形成するようにし
たので、ヘッドの構造を簡略化することができ、製造工
程の低減及び製造コストの向上を図ることができる。ま
た、リザーバ形成基板が圧電素子を外部と遮断するキャ
ップ部材を兼ねているため、外部環境に起因する圧電素
子の破壊を防止することができ、耐久性を向上すること
ができる。さらに、リザーバ形成基板上で、圧電素子と
外部配線とを接続することにより、ヘッドを小型化する
ことができるという効果を奏する。

【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
録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図3】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す平面図及び断面図である。

【図4】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図5】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図6】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの変形例を示す平面図及び断面図である。

【図7】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図8】本発明の実施形態3に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及可撓性膜の概略図である。

【図9】本発明の実施形態4に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図10】本発明の実施形態4に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す斜視図である。

【図11】本発明の実施形態4に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す斜視図である。

【図12】本発明の実施形態5に係るインクジェット式
記録ヘッドの断面図である。

【図13】本発明の実施形態5に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図14】本発明の実施形態6に係るインクジェット式
記録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図15】本発明の実施形態6に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図16】本発明の実施形態7に係るインクジェット式
記録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図17】本発明の実施形態8に係るインクジェット式
記録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図18】本発明の実施形態8に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す平面図及び断面図である。

【図19】本発明の実施形態8に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す平面図及び断面図である。

【図20】本発明の実施形態9に係るインクジェット式
記録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図21】本発明の実施形態9に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図22】本発明の実施形態9に係るインクジェット式
記録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図23】本発明の実施形態10に係るインクジェット
式記録ヘッドの平面図及び断面図である。

【図24】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 12 圧力発生室 13 連通部 14 インク供給路 15 ノズル開口 16 ノズルプレート 20 リザーバ形成基板 21 リザーバ部 22 可撓部 24 圧電素子保持部 30,30A コンプライアンス基板 31 封止膜 32 固定板 60 下電極膜 70 圧電体膜 80 上電極膜 100 リザーバ 300 圧電素子

フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平11−34592 (32)優先日 平成11年2月12日(1999.2.12) (33)優先権主張国 日本(JP) (56)参考文献 特開 平8−20107(JP,A) 特開 平9−314863(JP,A) 特開 平10−166572(JP,A) 特開 昭63−37958(JP,A) 特開 平6−255101(JP,A) 特開 平8−169111(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (44)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インクを吐出する複数のノズル開口を備
    えたノズル形成部材と、該ノズル形成部材と接合され且
    つ前記ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が画成
    される流路形成基板と、該流路形成基板の前記ノズル形
    成部材が接合された面とは反対の面に振動板を介して設
    けられて前記圧力発生室の体積を変化させる圧電素子と
    を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室に連通する連通部が前記流路形成基板に
    設けられると共に、前記流路形成基板の連通部と連通す
    るリザーバ部を有するリザーバ形成部材が、前記流路形
    成基板との接合面を介して、前記連通部と前記リザーバ
    部とが直接連通して各圧力発生室にインクを供給するリ
    ザーバを構成するように、前記流路形成基板の前記圧電
    素子が形成された側の面に接合され、且つ 前記リザーバ
    形成部材は、前記圧電素子に対向する領域に空間を確保
    した状態で当該空間を密封する圧電素子保持部を有する
    ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
  2. 【請求項2】 インクを吐出する複数のノズル開口を備
    えたノズル形成部材と、該ノズル形成部材と接合され且
    つ前記ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が画成
    される流路形成基板と、該流路形成基板の前記ノズル形
    成部材が接合された面とは反対の面に振動板を介して設
    けられて前記圧力発生室の体積を変化させる圧電素子と
    を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧力発生室に連通する連通部が前記流路形成基板に
    設けられると共に、前記流路形成基板の連通部と連通し
    且つ前記流路形成基板の面内方向での断面形状が前記連
    通部と同一であるリザーバ部を有するリザーバ形成部材
    が、前記流路形成基板との接合面を介して、前記連通部
    と前記リザーバ部とが連通して各圧力発生室にインクを
    供給するリザーバを構成するように、前記流路形成基板
    の前記圧電素子が形成された側の面に接合され、且つ前
    記リザーバ形成部材は、前記圧電素子に対向する領域に
    空間を確保した状態で当該空間を密封する圧電素子保持
    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。
  3. 【請求項3】 インクを吐出する複数のノズル開口を備
    えたノズル形成部材と、該ノズル形成部材と接合され且
    つ前記ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が画成
    される流路形成基板と、該流路形成基板の前記ノズル形
    成部材が接合 された面とは反対の面に振動板を介して設
    けられて前記圧力発生室の体積を変化させる圧電素子と
    を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧力発生室にインクを供給するリザーバの少なくと
    も一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成部材
    が、前記流路形成基板の前記圧電素子が形成された側の
    面に接合され、且つ前記リザーバ形成部材は、前記圧電
    素子に対向する領域に空間を確保した状態で当該空間を
    密封する圧電素子保持部を有すると共に前記リザーバ部
    と連通するインク導入口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】 インクを吐出する複数のノズル開口を備
    えたノズル形成部材と、該ノズル形成部材と接合され且
    つ前記ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が画成
    される流路形成基板と、該流路形成基板の前記ノズル形
    成部材が接合された面とは反対の面に振動板を介して設
    けられて前記圧力発生室の体積を変化させる圧電素子と
    を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧力発生室にインクを供給するリザーバの少なくと
    も一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成部材
    が、前記流路形成基板の前記圧電素子が形成された側の
    面に接合され、且つ前記リザーバ形成部材は、前記圧電
    素子に対向する領域に空間を確保した状態で当該空間を
    密封する圧電素子保持部を有すると共に当該リザーバ形
    成基板上には、前記リザーバ部に対向する領域に可撓性
    を有する可撓部が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。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記圧
    電素子保持部は、各圧電素子毎に区画壁によって区画さ
    れ、当該区画壁は前記流路形成基板に接合されているこ
    とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記リ
    ザーバと各圧力発生室とは、当該リザーバより相対的に
    流路の狭いインク供給路を介してそれぞれ連通されてい
    ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6の何れかにおいて、前記リ
    ザーバ形成部材の前記リザーバ部には、外部に連通して
    前記リザーバにインクを供給するためのインク導入口が
    連通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。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7の何れかにおいて、前記リ
    ザーバ部は、並設された複数の前記圧力発生室の幅方向
    に亘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。
  9. 【請求項9】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記リ
    ザーバ形成部材の前記リザーバ部の一部が可撓性を有す
    る可撓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。
  10. 【請求項10】 請求項4又は9において、前記リザー
    バ部に対応する領域の前記流路形成基板には、前記圧力
    発生室とは連通することなく貫通した貫通部が設けら
    れ、該貫通部と前記リザーバ部との間が前記可撓部とな
    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。
  11. 【請求項11】 請求項10において、前記貫通部は、
    並設された複数の前記圧力発生室の幅方向に亘って形成
    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。
  12. 【請求項12】 請求項10又は11において、前記貫
    通部が、前記圧力発生室と共にエッチングすることによ
    って形成されることを特徴とするインクジェット式記録
    ヘッド。
  13. 【請求項13】 請求項9〜12の何れかにおいて、前
    記可撓部が、可撓性部材を接合することにより設けられ
    ていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
  14. 【請求項14】 請求項13において、前記可撓性部材
    が、金属又はセラミックの薄膜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。
  15. 【請求項15】 請求項13において、前記可撓性部材
    が、樹脂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。
  16. 【請求項16】 請求項15において、前記樹脂材料
    が、フッ素樹脂、シリコーン系樹脂及びシリコーンゴム
    からなる群から選択されることを特徴とするインクジェ
    ット式記録ヘッド。
  17. 【請求項17】 請求項13において、前記可撓性部材
    が、引張応力を有する層を含むことを特徴とするインク
    ジェット式記録ヘッド。
  18. 【請求項18】 請求項13において、前記可撓性部材
    が、前記振動板及び前記圧電素子を構成する膜のみを有
    することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
  19. 【請求項19】 請求項13〜18の何れかにおいて、
    前記可撓性部材には、少なくとも前記可撓部に対向する
    領域に貫通孔を有する他の基板が接合されていることを
    特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
  20. 【請求項20】 請求項13〜19の何れかにおいて、
    前記可撓性部材の前記リザーバ部とは反対側の表面上に
    は、面方向に延びる凸条からなる梁部が設けられている
    ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
  21. 【請求項21】 請求項20において、前記梁部が、格
    子状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。
  22. 【請求項22】 請求項1〜21の何れかにおいて、前
    記リザーバ形成部材の前記リザーバ部には、当該リザー
    バ部を画成し且つ相対向する側壁間に渡って少なくとも
    一つの梁状の補強部が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。
  23. 【請求項23】 請求項22において、前記補強部の少
    なくとも一部は、前記リザーバ形成部材の他の部分より
    も厚さが薄いことを特徴とするインクジェット式記録ヘ
    ッド。
  24. 【請求項24】 請求項23において、前記補強部は、
    前記流路形成基板側の少なくとも一部が除去されて他の
    部分よりも厚さが薄いことを特徴とするインクジェット
    式記録ヘッド。
  25. 【請求項25】 請求項22〜24の何れかにおいて、
    前記補強部が、前記圧電素子の長手方向に沿って形成さ
    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。
  26. 【請求項26】 請求項1〜25の何れかにおいて、前
    記リザーバ形成部材の前記圧電素子に対向する領域の少
    なくとも一部には、当該圧電素子の変位を検出する検出
    用貫通孔が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。
  27. 【請求項27】 請求項26において、前記圧電素子保
    持部は、前記リザーバ形成部材を貫通して設けられ且つ
    透過性部材で封止されており、前記検出用貫通孔を兼ね
    ていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
  28. 【請求項28】 請求項27において、前記透過性部材
    が、前記可撓部を形成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。
  29. 【請求項29】 請求項1〜28の何れかにおいて、前
    記圧電素子から引出された前記流路形成基板上の配線
    と、前記リザーバ形成部材の前記流路形成基板とは反対
    側の領域に設けられた配線とを接続する連結配線を具備
    し、外部配線は前記リザーバ形成部材の前記流路形成基
    板とは反対側の領域に設けられた前記配線と接続されて
    いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
  30. 【請求項30】 請求項29において、前記連結配線
    が、ワイヤボンディング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。
  31. 【請求項31】 請求項29において、前記連結配線
    が、薄膜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。
  32. 【請求項32】 請求項29〜31の何れかにおいて、
    前記リザーバ形成部材には、前記圧電素子に対応する領
    域に、当該リザーバ形成部材を貫通して外部と連通する
    連通孔が設けられ、前記連結配線が当該連通孔を介して
    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。
  33. 【請求項33】 請求項32において、前記連通孔が前
    記圧力発生室の前記リザーバ側の周壁に対向する領域に
    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。
  34. 【請求項34】 請求項32において、前記連通孔が前
    記圧力発生室の前記ノズル開口側の周壁に対向する領域
    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。
  35. 【請求項35】 請求項29〜34の何れかにおいて、
    前記リザーバ形成部材には、前記圧電素子を駆動するた
    めの駆動回路が搭載され、前記連結配線が当該駆動回路
    に接続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。
  36. 【請求項36】 請求項35において、前記駆動回路が
    半導体集積回路であることを特徴とするインクジェット
    式記録ヘッド。
  37. 【請求項37】 請求項1〜36の何れにおいて、前記
    リザーバ形成部材が、前記リザーバ部を具備するリザー
    バ形成基板であることを特徴とするインクジェット式記
    録ヘッド。
  38. 【請求項38】 請求項37において、前記リザーバ形
    成基板の熱膨張係数が、前記流路形成基板の熱膨張係数
    同一であることを特徴するインクジェット式記録ヘッ
    ド。
  39. 【請求項39】 請求項37又は38において、前記リ
    ザーバ形成基板の材料が、シリコン、ガラス及びセラミ
    ックスからなる群から選択されることを特徴とするイン
    クジェット式記録ヘッド。
  40. 【請求項40】 請求項1〜39の何れかにおいて、前
    記ノズル形成部材が流路形成基板及びリザーバ形成部材
    同一材料で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。
  41. 【請求項41】 請求項1〜40の何れかにおいて、前
    記ノズル形成部材が、前記ノズル開口を具備するノズル
    プレートであることを特徴とするインクジェット式記録
    ヘッド。
  42. 【請求項42】 請求項1〜41の何れかにおいて、前
    記圧力発生室がセラミックス製の基板に形成され、前記
    圧電素子の各層がグリーンシート貼付又は印刷により形
    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。
  43. 【請求項43】 請求項1〜42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、前記圧電素子の各層が薄膜及びリソグ
    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。
  44. 【請求項44】 請求項1〜43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。
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