JP3491688B2 - 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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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、この振動板を介して圧電素子を設けて、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、圧電素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
電素子を駆動することができるが、単位駆動電圧当たり
の変位量及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
及び上電極からなる圧電体能動部を圧力発生室外に出な
いように形成することが望ましい。
【0008】そこで、各圧力発生室に対応する圧電素子
を絶縁層で覆い、この絶縁層に各圧電素子を駆動するた
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
めの窓(以下、コンタクトホールという)を各圧力発生
室に対応して設け、各圧電素子とリード電極との接続部
をコンタクトホール内に形成する構造が知られている。
【0009】しかしながら、このように上電極とリード
電極とを接続するためにコンタクトホールを設ける構造
では、コンタクトホールを設ける部分の全体の膜厚が厚
くなってしまい、変位特性が低下してしまうという問題
があった。
【0010】このような問題を解決するために、圧力発
生室に対向する領域に、圧電素子の実質的な駆動部であ
る圧電体能動部から連続して、圧電体層を有するが実質
的に駆動されない圧電体非能動部を設け、コンタクトホ
ールを設けることなくリード電極を形成した構造が提案
されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造では、圧電素子に電圧を印加して駆動させる
と、圧電体能動部が変形する。すなわち、圧電体能動部
と圧電体非能動部との境界部分で急峻な応力変化が生じ
るため、この部分にクラック等の破壊が生じるという問
題がある。
【0012】また、この問題は、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、バルクの圧
電素子を貼付したものに比較して剛性が低いためであ
る。
【0013】本発明は、このような事情に鑑み、圧電素
子の駆動による圧電体層の破壊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。
【0014】
【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、ノズル開口に連通する圧力発生室
と、この圧力発生室に対応する領域に振動板を介して設
けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子
とを備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記
圧電素子は、前記圧力発生室に対向する領域内に、実質
的な駆動部となる圧電体能動部と該圧電体能動部から連
続する前記圧電体層を有するが実質的に駆動されない圧
電体非能動部とを有し、当該圧電素子の駆動による応力
を抑えるために前記圧電体能動部と前記圧電体非能動部
との境界を跨ぐように形成された応力抑制層が、前記境
界よりも前記圧電体能動部側に前記圧電素子よりも狭い
幅で形成される領域を有すると共に、前記境界よりも前
記圧電体非能動部側に前記圧力発生室よりも広い幅で形
成される領域を有し、且つ前記圧力発生室の長手方向縁
部に対向する領域の振動板が当該応力抑制層によって覆
わ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1の態様では、圧電素子を駆動す
る際に、圧電素子の圧電体能動部と圧電体非能動部との
境界での応力が抑えられ、圧電体層の破壊が防止され
る。
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】 本発明の第2の態様は、第1の態様にお
いて、前記圧電体非能動部は前記下電極が除去されるこ
と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。
【0021】 かかる第2の態様では、下電極を除去す
ることにより、圧電体非能動部を容易に形成できる。
【0022】 本発明の第3の態様は、第1又は2の態
様において、前記圧電体層の膜厚が0.5〜3μm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3の態様では、圧電体層の膜厚
を比較的薄くして、ヘッドを小型化することができる。
【0024】 本発明の第4の態様は、第1〜3の何れ
かの態様において、前記圧電素子を構成する少なくとも
圧電体層が、前記圧力発生室に対向する領域に独立して
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。
【0025】 かかる第4の態様では、圧電素子の駆動
による変位量を増加することができる。
【0026】 本発明の第5の態様は、第4の態様にお
いて、前記上電極から周壁に対向する領域に配線電極が
延設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5の態様では、圧電素子の上電
極と外部配線とを配線電極を介して比較的容易に接続で
きる。
【0028】 本発明の第6の態様は、第5の態様にお
いて、前記配線電極が、前記応力抑制層を兼ねることを
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6の態様では、配線電極が応力
抑制層を兼ねるため、構造を簡略化でき、製造コストを
抑えることができる。
【0030】 本発明の第7の態様は、第1〜6の何れ
かの態様において、前記応力抑制層が絶縁材料からなる
絶縁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。
【0031】 かかる第7の態様では、圧電素子の配線
を短絡させることなく圧電素子にかかる応力を抑え、圧
電体層の破壊をより確実に防止することができる。
【0032】 本発明の第8の態様は、第1〜7の何れ
かの態様において、前記応力抑制層は、前記圧電体能動
部側の端部の幅がその先端に向かって漸小していること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0033】 かかる第8の態様では、圧電体能動部と
圧電体非能動部との境界近傍で、圧電素子にかかる応力
が徐々に変化するため、この境界での急峻な応力変化に
よる圧電体層の破壊が防止される。
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【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。
【0041】(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。
【0042】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。この流路形成基板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。
【0043】この流路形成基板10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110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。
【0044】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。
【0045】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。
【0046】なお、このような流路形成基板10の厚さ
は、圧力発生室12を配設する密度に合わせて最適な厚
さを選択する。例えば、180dpiの解像度が得られ
るように圧力発生室12を配置する場合、流路形成基板
10の厚さは、180〜280μm程度、より望ましく
は、220μm程度とするのが好適である。また、例え
ば、360dpiの解像度が得られるように圧力発生室
12を配置する場合には、流路形成基板10の厚さは、
100μm以下とするのが好ましい。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。
【0047】また、流路形成基板10の他方面側には、
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21が穿設されたノズルプレート20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20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、ノズルプレート20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
20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。
【0048】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21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21は数十μmの直径で精度よく形成する必要
がある。
【0049】一方、流路形成基板10に設けられた弾性
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の圧電体層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300を構成
している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、
圧電体層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層70を各圧力発生室1
2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層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。
【0050】ここで、このような圧電素子300の構造
について詳しく説明する。
【0051】図2に示すように、圧電素子300の一部
を構成する下電極膜60は、並設された複数の圧力発生
室12に対向する領域に連続的に設けられ、圧力発生室
12の長手方向一端部近傍でパターニングされている。
すなわち、圧電素子300は、実質的な駆動部である圧
電体能動部320と、連続する圧電体層70を有するが
駆動されない圧電体非能動部330とを有し、パターニ
ングされた下電極膜60の端部60aが圧電体能動部3
20の端部となっている。
【0052】また、本実施形態では、圧電素子300を
構成する圧電体能動部320及び圧電体非能動部330
は、圧力発生室12に対向する領域内に独立して形成さ
れている。すなわち、圧電体層70及び上電極膜80
が、圧力発生室12に対向する領域内にパターニングさ
れ、上電極膜80は、圧電素子300の長手方向一端部
近傍から弾性膜50上に延設されたリード電極90を介
して図示しない外部配線と接続されている。
【0053】ここで、このリード電極90は、圧電素子
300の駆動時の応力を抑えるための応力抑制層100
を兼ねており、圧電体能動部320に対向する領域から
圧電体非能動部330上を介して弾性膜50上に延設さ
れている。すなわち、リード電極90は圧電体能動部3
20と圧電体非能動部330との境界を跨いで設けられ
ている。
【0054】これにより、圧電素子300の長手方向端
部近傍の剛性が高められ、圧電素子300の駆動時に圧
電素子300にかかる応力を抑えることができる。した
がって、圧電素子300を駆動した際に、圧電素子30
0の長手方向端部での変位量が減少するため、繰返し変
位によるクラックの発生等、圧電体層70の破壊を防止
することができる。また、特に、リード電極90が圧電
体能動部320と圧電体非能動部330との境界を跨い
で形成されているため、圧電体能動部320と圧電体非
能動部330との境界での急峻な応力変化を防止するこ
とができ、この応力変化に伴う圧電体層70の破壊を効
果的に防止することができる。
【0055】以下、このような圧電素子300等をシリ
コン単結晶基板からなる流路形成基板10上に形成する
プロセスについて、図3及び図4を参照しながら説明す
る。なお、図3及び図4は、圧力発生室12の長手方向
の断面図である。
【0056】まず、図3(a)に示すように、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。
【0057】次に、図3(b)に示すように、スパッタ
リングで下電極膜60を弾性膜50の全面に形成後、下
電極膜60をパターニングして全体パターンを形成す
る。この下電極膜60の材料としては、白金等が好適で
ある。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜
する後述の圧電体層70は、成膜後に大気雰囲気下又は
酸素雰囲気下で600〜1000℃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60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、圧電体層70と
してチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いた場合に
は、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望
ましく、これらの理由から白金が好適である。
【0058】次に、図3(c)に示すように、圧電体層
70を成膜する。この圧電体層70は、結晶が配向して
いることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有
機物を触媒に溶解・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
らなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用
いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層
70とした。圧電体層70の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛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。なお、この圧電体層70の
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング
法で形成してもよい。
【0059】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。
【0060】何れにしても、このように成膜された圧電
体層70は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層70は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に0.2〜5μmであ
る。
【0061】次に、図3(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、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
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、白金をスパッタリングにより成膜している。
【0062】次に、図4(a)に示すように、圧電体層
70及び上電極膜80のみをエッチングして圧電体能動
部320及び圧電体非能動部330からなる圧電素子3
00のパターニングを行う。すなわち、圧力発生室12
に対向する領域で、下電極膜60が形成された領域が圧
電体能動部320となり、下電極膜60が除去されてい
る領域が圧電体非能動部330となる。
【0063】次に、図4(b)に示すように、応力抑制
層100を兼ねるリード電極90を形成する。具体的に
は、例えば、金(Au)等からなるリード電極90を流
路形成基板10の全面に亘って形成すると共に、各圧電
素子300毎にパターニングする。このとき、リード電
極90は、圧電体能動部320と圧電体非能動部330
との境界を跨ぐように形成する。なお、このリード電極
90は、例えば、ニッケル(Ni)等の密着層を介して
設けるようにしてもよい。
【0064】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、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、図4
(c)に示すように、圧力発生室12、連通部13及び
インク供給路14等を形成する。
【0065】なお、実際には、このような一連の膜形成
及び異方性エッチングによって、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。そして、分割した流路形成基板10に、後述する
リザーバ形成基板30及びコンプライアンス基板40を
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。
【0066】すなわち、図1及び図2に示すように、圧
力発生室12等が形成された流路形成基板10の圧電素
子300側には、リザーバ110の少なくとも一部を構
成するリザーバ部31を有するリザーバ形成基板30が
接合されている。このリザーバ部31は、本実施形態で
は、リザーバ形成基板30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いる。そして、こ
のリザーバ部31が、弾性膜50及び下電極膜60を貫
通して設けられる貫通孔51を介して流路形成基板10
の連通部13と連通され、各圧力発生室12の共通のイ
ンク室となるリザーバ110が構成されている。
【0067】このリザーバ形成基板30としては、例え
ば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板10の熱
膨張率と略同一の材料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20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。
【0068】さらに、このリザーバ形成基板30には、
封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス
基板40が接合されている。ここで、封止膜41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41によってリザーバ部31の一方面が
封止されている。また、固定板42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42のリザーバ11
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43となっているため、リザーバ110の一方面は可
撓性を有する封止膜41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32となっている。
【0069】また、このリザーバ110の長手方向略中
央部外側のコンプライアンス基板40上には、リザーバ
110にインクを供給するためのインク導入口35が形
成されている。さらに、リザーバ形成基板30には、イ
ンク導入口35とリザーバ110の側壁とを連通するイ
ンク導入路36が設けられている。
【0070】一方、リザーバ形成基板30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33が設けらている。そして、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33内に密封され、大気中の水分等の外部
環境に起因する圧電素子300の破壊を防止している。
【0071】なお、このように構成したインクジェット
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35からインクを取り込み、リザーバ
110からノズル開口21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、上電極膜80と下電極膜60との間に電圧を印加
し、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体層70をたわ
み変形させることにより、圧力発生室12内の圧力が高
まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
【0072】(実施形態2)図5は、実施形態2に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断
面図である。
【0073】本実施形態は、応力抑制層100を兼ねる
リード電極90によって、圧力発生室12の長手方向縁
部の振動板を覆うようにした例であり、図5に示すよう
に、リード電極90は、圧電体能動部320側端部近傍
の幅が、その先端側に向かって漸小するようにし、且つ
圧電体能動部320と圧電体非能動部330との境界よ
りも外側の領域では、圧力発生室12よりも広い幅で延
設するようにした以外は、実施形態1と同様である。
【0074】このような構成では、実施形態1と同様
に、圧電体層70の破壊を防止することができる。ま
た、応力抑制層100を兼ねるリード電極90によっ
て、圧力発生室12の長手方向縁部が覆われているた
め、圧力発生室12の縁部での振動板の剛性が高くな
り、圧電素子300の駆動による振動板の破壊を同時に
防止することができる。
【0075】上述したように、本実施形態の振動板は、
基本的には弾性膜50と下電極膜60とで構成されてい
るが、圧力発生室12の長手方向の縁部では、下電極膜
60が除去されて弾性膜50のみで構成されている。こ
のため、圧力発生室12の長手方向の縁部では振動板の
膜厚が薄く、圧電素子300の駆動による繰り返し変形
よって振動板が破壊する虞があるが、応力抑制層100
を兼ねるリード電極90で覆うことにより振動板の剛性
が高く保持されるため、振動板の破壊を防止することが
できる。
【0076】また、本実施形態では、リード電極90の
圧電体能動部320側端部近傍の幅が、その先端側に向
かって漸小するようにしたので、圧電素子300を駆動
する際に、圧電体能動部320と圧電体非能動部330
との境界近傍にかかる応力は、圧電体非能動部330側
に向かってが徐々に小さくなる。すなわち、この境界近
傍での急峻な応力変化を抑えて圧電体層70の破壊を確
実に防止することができる。
【0077】なお、本実施形態は、応力抑制層100を
兼ねるリード電極90の圧電体能動部320側端部近傍
の幅が、その先端側に向かって漸小するようにしたが、
これに限定されず、圧電素子300の配線が短絡するこ
となく、圧力発生室12の長手方向縁部に対向する領域
の振動板が覆われていればよく、例えば、図6に示すよ
うに、リード電極90は、圧電体能動部320に対向す
る領域では、圧電素子300よりも狭い幅で形成され、
圧電体能動部320と圧電体非能動部330との境界よ
りも外側の領域では、圧力発生室12の幅よりも広い幅
で延設されるようにしてもよい。
【0078】(実施形態3)図7は、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び断面図であ
る。
【0079】本実施形態は、圧電素子300の長手方向
両端部に圧電体非能動部330及び応力抑制層100を
設けた例である。詳しくは、図6に示すように、下電極
膜60は、上述の実施形態と同様に圧力発生室12の長
手方向一端部近傍でパターニングされている。一方、圧
力発生室12の長手方向他端部近傍では、下電極膜60
が各圧力発生室12毎にパターニングされて下電極膜除
去部61が形成され、圧電素子300の長手方向両端部
に、それぞれ圧電体非能動部330及び331が形成さ
れている。また、圧電素子300の長手方向一端部側に
は、上述の実施形態と同様に、応力抑制層100を兼ね
るリード電極90が形成され、長手方向他端部上には、
リード電極90と同一材料からなる応力抑制層100が
圧電体能動部320と圧電体非能動部331との境界を
跨いで、下電極膜除去部61内に形成されている。
【0080】このような構成では、圧電素子300の長
手方向両端部における圧電体層70の破壊を防止するこ
とができる。
【0081】(実施形態4)図8は、実施形態4に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断
面図である。
【0082】上述の実施形態では、リード電極90が応
力抑制層100を兼ねるようにしたが、本実施形態は、
リード電極90とは別途、応力抑制層100Aを設けた
例である。すなわち、本実施形態では、圧電素子300
の圧電体非能動部330が圧力発生室12に対向する領
域から周壁に対向する領域まで延設されており、その端
部近傍に、図示しない外部配線が直接接続されるように
なっている。また、圧力発生室12の長手方向端部近傍
に、圧電体能動部320と圧電体非能動部330との境
界を跨いで応力抑制層100Aが形成されている以外
は、実施形態2の構成と同様である。
【0083】ここで、応力抑制層100Aは、本実施形
態では、各圧電素子300毎に設けられているが、例え
ば、並設された圧電素子300に亘って連続して形成す
るようにしてもよい。また、応力抑制層100Aは、絶
縁材料からなる絶縁層で形成することが好ましいが、各
圧電素子の配線が短絡することがなければ、導電性を有
する材料で形成してもよい。
【0084】勿論、このような構成であっても、上述の
実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0085】(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。
【0086】例えば、上述の実施形態では、圧電体非能
動部330,331が下電極膜60を除去することによ
り形成されているが、これに限定されず、例えば、圧電
体層70と上電極膜80との間に低誘電絶縁層を設ける
ことにより形成してもよく、さらには、圧電体層70に
部分的にドーピング等を行って不活性とすることにより
形成してもよい。
【0087】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9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。
【0088】図9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1
B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。
【0089】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。
【0090】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、圧電
体能動部と圧電体非能動部とを有する圧電素子の長手方
向端部に、圧電体能動部と圧電体非能動部との境界を跨
ぐ応力抑制層を設けるようにしたので、圧電素子の長手
方向端部近傍の剛性が高められ、圧電素子の駆動の際
に、圧電素子にかかる応力を抑えて圧電体層の破壊を防
止することができる。特に、圧電体能動部と圧電体非能
動部との境界での急峻な応力変化を防止することができ
るため、この部分での応力変化に伴う圧電体層の破壊を
効果的に防止することができる。
【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
録ヘッドの概略を示す斜視図である。
【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
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図4】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図5】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6】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記
録ヘッドの他の例を示す平面図である。
【図7】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び断面図である。
【図8】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9】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 11 隔壁 12 圧力発生室 13 連通部 14 インク供給路 20 ノズルプレート 30 リザーバ形成基板 40 コンプライアンス基板 50 弾性膜 60 下電極膜 70 圧電体層 80 上電極膜 90 リード電極 100,100A 応力抑制層 300 圧電素子 320 圧電体能動部 330,331 圧電体非能動部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 哲司 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−157062(JP,A) 特開 平10−81016(JP,A) 特開2000−272125(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (8)

    (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と、こ
    の圧力発生室に対応する領域に振動板を介して設けられ
    た下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを備
    えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧電素子は、前記圧力発生室に対向する領域内に、
    実質的な駆動部となる圧電体能動部と該圧電体能動部か
    ら連続する前記圧電体層を有するが実質的に駆動されな
    い圧電体非能動部とを有し、当該圧電素子の駆動による
    応力を抑えるために前記圧電体能動部と前記圧電体非能
    動部との境界を跨ぐように形成された応力抑制層が、
    記境界よりも前記圧電体能動部側に前記圧電素子よりも
    狭い幅で形成される領域を有すると共に、前記境界より
    も前記圧電体非能動部側に前記圧力発生室よりも広い幅
    で形成される領域を有し、且つ前記圧力発生室の長手方
    向縁部に対向する領域の振動板が当該応力抑制層によっ
    て覆わ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。
  2. 【請求項2】 請求項1 において、前記圧電体非能動部
    は前記下電極が除去されること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。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2 において、前記圧電体層
    の膜厚が0.5〜3μmであ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1〜3 の何れかにおいて、前記圧
    電素子を構成する少なくとも圧電体層が、前記圧力発生
    室に対向する領域内に独立し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。
  5. 【請求項5】 請求項4 において、前記上電極から周壁
    に対向する領域に配線電極が延設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5 において、前記配線電極が、前
    記応力抑制層を兼ね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、前記応
    力抑制層が、絶縁材料からなる絶縁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。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7 の何れかにおいて、前記応
    力抑制層は、前記圧電体能動部側の端部の幅がその先端
    に向かって漸小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。
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