JP4300610B2 - インクジェット記録ヘッド及びプリンタ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット記録ヘッド及びプリンタ装置に係り、特に圧力室の一壁部として設けられた振動膜をバイモルフ構造のインク吐出エネルギー発生部を用いて振動させることによりインクを吐出させるインクジェット記録ヘッド及びプリンタ装置に関する。
【０００２】
図１は一般的なインクジェットプリンタ装置１０を示す。インクジェット記録ヘッド１１は、キャリッジ１２の下面に取付けてある。インクジェット記録ヘッド１１は、送りローラ１３と排出ローラ１４との間に位置して、プラテン１５に対向している。キャリッジ１２は、インクタンク１６を有し、紙面に垂直な方向に移動可能に設けてある。用紙１７は、ピンチローラ１８と送りローラ１３とによって挟まれ、ピンチローラ１９と排出ローラ１４とによって挟まれて、Ａ方向に送られる。インクジェット記録ヘッド１１が動作され、キャリッジ１２が紙面に垂直な方向に移動されて、インクジェット記録ヘッド１０が用紙１７に印刷を行なう。印刷がなされた用紙１７は、スタッカ２０内に収容される。
【０００３】
近年ではパーソナルコンピュータの低消費電力化が要望されており、これに伴い周辺機器である上記のインクジェットプリンタ装置１０においても低消費電力化（半導体駆動電圧化：〜２０Ｖ）が要求されるようになってきている。また、一方においてインクジェットプリンタ装置１０には高い解像度が要求されており、これに伴いインクジェット記録ヘッド１１から吐出されるインクの粒径の微細化が急速に進められている。また、インクジェット記録ヘッド１１は、上記の要求を満足して、且つ高い信頼性で量産される構造であることが必要である。
【０００４】
【従来の技術】
図２は従来の１例のインクジェット記録ヘッド３０の要部を示す。同図に示すように、インクジェット記録ヘッド３０は、インク吐出エネルギー発生部３１と、ノズル３２が設けられたノズル板３３と、振動膜３４と、各ノズル３２に対応して形成された圧力室３５を有する金属または樹脂からなる本体部３６等から構成されている。
【０００５】
インク吐出エネルギー発生部３１は、各圧力室３５毎に設けてあり、圧電体製の細長い小片形状のインク吐出エネルギー発生部本体３７と、振動膜３５のうちインク吐出エネルギー発生部本体４０の下側の部分と、インク吐出エネルギー発生部本体４０の上面の個別電極３８とよりなる構成である。インク吐出エネルギー発生部３１は、インク吐出エネルギー発生部本体３７と振動膜３５のうちインク吐出エネルギー発生部本体４０の下側の部分とがバイモルフ構造を構成し、個別電極３８にコントローラからの駆動信号が印加されると圧電体製のインク吐出エネルギー発生部本体３７が縮むように歪んで、インク吐出エネルギー発生部３１が図２中破線で示すように圧力室３５内に凸となるように変形し、インク粒がノズル３２から吐出される。駆動信号が印加されなくなると、インク吐出エネルギー発生部３１は振動膜３５の弾性力によって平坦な状態に復元する。
【０００６】
振動する部材として圧電体の薄膜化と振動膜３４との組み合わせを採用しているため、従来の振動板を使用した構成に比べて、圧電体内の電界強度を大きくして発生エネルギーを大きくしても、低消費電力化及び高解像度化が図られている。
本出願人は先に上記のインクジェット記録ヘッド３０の製造方法を案出した。
【０００７】
インクジェット記録ヘッド３０Ａは、図３（Ａ）乃至（Ｇ）に示す工程を経て製造される。製造された図３（Ｈ）及び（Ｉ）に示すインクジェット記録ヘッド３０Ａは、その後、基台に固定され、更には、フレキシブルケーブルの端が接続される。
先ず、ＭｇＯ基板４０にスパッタリングによってＰｔ膜を形成し、Ｐｔ膜をパターニングして個別電極３８を形成し（図３（Ａ）、（Ｂ））、次いで、圧電体をスパッタリングし、パターニングして、インク吐出エネルギー発生部本体３７を形成し（図３（Ｃ））、次いで、ＭｇＯ基板４０の上面にポリイミド層４１を形成して平坦化する（図３（Ｄ））。次いで、上面にＣｒをスパッタリングしてＣｒスパッタリング膜である振動膜３４を形成し（図３（Ｅ））、次いで、振動膜３３上にドライフィルム４２を貼り、ドライフィルム４２のうちインク吐出エネルギー発生部本体３７に対応する部位に圧力室３５を形成し（図３（Ｆ））、最後に、エッチングによってＭｇＯ基板４０を除去する（図１（Ｇ））。これによって、インクジェット記録ヘッド３０Ａが形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＭｇＯ基板４０が除去された段階で、振動膜３５が図３（Ｈ）に符号４５で示すように亀裂が発生することがあった。
振動膜３５に亀裂が発生すると、圧電体によってインク吐出部が変形されても、圧力が亀裂を通して外側に逃げて圧力室内に圧力が発生せず、インクが吐出出来なくなるばかりでなく、インクジェット記録ヘッドを組立て動作させたときに、亀裂の個所からインクが漏れ出し、インクが導電性を有しているため、漏れ出したインクによって電気回路がショートを起こす事故が発生してしまう。
【０００９】
振動膜３５の亀裂４５の発生のメカニズムは次のように考えられる。
Ｃｒは金属であり、圧電体はセラミックであるため、図３（Ｆ）の段階で、振動膜１３には、Ｃｒの熱膨張係数が圧電体の熱膨張係数に比べて格段に大きくＣｒの熱膨張係数と圧電体の熱膨張係数との差異が大きいことによる熱応力に加えて、Ｃｒの結晶構造と圧電体の結晶構造の違いによる応力とが発生し、両者が加算された応力が発生している。この振動膜１３内の応力は、主に並んでいる複数のインク吐出エネルギー発生部３１の並びの方向（Ｘ方向）に縮む方向の応力である。ＭｇＯ基板４０は振動膜３５をその全面に亘って拘束している。
【００１０】
ドライフィルム４２はレジストであり、機械的強度は金属であるＣｒ膜より弱く、振動膜３５に応力が作用したままの状態に保持することは困難である。
よって、ＭｇＯ基板４０が除去されると、振動膜３５は拘束が解除されて上記の応力によって引っ張る方向の力が作用して、これが振動膜３５に亀裂４５を発生させる。
【００１１】
そこで、本発明は上記課題を解決したインクジェット記録ヘッド及びプリンタ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、インクを吐出するノズルに対応して設けられており、内部にインクが充填される複数の圧力室が並んで形成されてなる本体部と、該本体部に対応する大きさを有し、振動可能な材料により形成されており、上記本体部に上記各圧力室を覆うように固定してあり、各圧力室に対向する部分が各圧力室の一の壁面を構成する振動膜と、前記各圧力室と対応する前記振動膜上に並んで配設されており、前記振動膜を変形することにより前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる複数のインク吐出エネルギー発生部とを有し、各インク吐出エネルギー発生部が、圧電体製の細長い小片形状のインク吐出エネルギー発生部本体と、該インク吐出エネルギー発生部本体の上面の個別電極とよりなるインクジェット記録ヘッドにおいて、上記振動膜のうち、上記複数のインク吐出エネルギー発生部が並んで形成されているインク吐出エネルギー発生部形成領域とは異なる領域に、上記振動膜を補強するための圧電体製の補強用枠部が前記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している構成として設けられるとともに、上記各インク吐出エネルギー発生部本体を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたものである。
【００１４】
また、請求項２の発明は、インクを吐出するノズルに対応して設けられており、内部にインクが充填される複数の圧力室が並んで形成されてなる本体部と、薄膜形成技術を用いて成膜されたものであり、該本体部に対応する大きさを有し、振動可能な材料により形成されており、上記本体部に上記各圧力室を覆うように固定してあり、各圧力室に対向する部分が各圧力室の一の壁面を構成する振動膜と、薄膜形成技術を用いて形成されたものであり、前記各圧力室と対応する前記振動膜上に並んで配設されており、前記振動膜を変形することにより前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる複数のインク吐出エネルギー発生部とを有し、各インク吐出エネルギー発生部が、圧電体製の細長い小片形状のインク吐出エネルギー発生部本体と、該インク吐出エネルギー発生部本体の上面の個別電極とよりなるインクジェット記録ヘッドにおいて、上記振動膜のうち、上記複数のインク吐出エネルギー発生部が並んで形成されているインク吐出エネルギー発生部形成領域とは異なる領域に、上記インク吐出エネルギー発生部を形成する工程時に該インク吐出エネルギー発生部と同時に形成されたものであって、上記振動膜を補強するための圧電体製の補強用枠部が前記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している構成として設けられているものである。
【００１６】
請求項３の発明は、上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部よりなる構成としたものである。
【００１７】
インク吐出エネルギー発生部並び方向帯部は、インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているため、振動膜のうちインク吐出エネルギー発生部形成領域全体に亘って、該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向を補強し、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の長手方向の延長方向に発生することを防止する。
【００１８】
請求項４の発明は、上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しており、上記インク吐出エネルギー発生部の両側に位置している二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部よりなる構成であるようにしたものである。
【００１９】
二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部は、インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しており、且つ、インク吐出エネルギー発生部の両側に配されているため、振動膜のうちインク吐出エネルギー発生部形成領域全体に亘って、インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向をより強固に補強し、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の長手方向の延長方向に発生することを防止する。
【００２０】
請求項５の発明は、上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域のインク吐出エネルギー発生部の並んでいる方向の端側に、該インク吐出エネルギー発生部の長手方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部よりなる構成であるようにしたものである。
【００２１】
インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部は、振動膜のうち、インク吐出エネルギー発生部の長手方向を補強して、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の並び方向に発生することを防止する。請求項６の発明は、上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しており、上記インク吐出エネルギー発生部の両側に位置している二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部と、且つ、インク吐出エネルギー発生部の並んでいる方向の両端の側に、該インク吐出エネルギー発生部の長手方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している二つのインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部とよりなり、該二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部と該二つのインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部とが該インク吐出エネルギー発生部形成領域を囲んで枠状となっている構成であるようにしたものである。
【００２６】
振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することが防止される。請求項７の発明は、請求項１乃至６のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、上記各個別電極を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたものである。
【００２７】
振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することが防止される。請求項８の発明は、請求項１乃至６のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、上記各インク吐出エネルギー発生部本体を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とすると共に、上記各個別電極を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたものである。
【００２８】
振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することが防止される。請求項９の発明は、請求項１乃至８のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドを備えてなる構成としたものである。振動膜への亀裂の発生が防止され、よって、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現できる。
【００２９】
請求項１０の発明は、圧力室にインクが充填され、該圧力室の体積を変化させることでインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動素子であって、該駆動素子はターゲット基板に圧電体と振動膜とが薄膜形成技術を用いて積層形成されてなり、該圧電体は、前記圧力室の体積を変化させるエネルギーを発生させるインク吐出エネルギー発生部と、該インク吐出エネルギー発生部の周囲を囲むように連続して設けられた補強用枠部からなるものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
〔第１実施例〕
図４及び図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の第１実施例になるインクジェット記録ヘッド５０の構造を示す。インクジェット記録ヘッド５０は、内部にインクが充填される複数の圧力室５１がＸ１，Ｘ２方向に並んで形成されており、且つ、Ｘ１，Ｘ２方向に延在するインク流路５９が形成してあるドライフィルム製の本体部５２と、インクを吐出するノズル５３が形成してあるノズル板５４と、Ｃｒ膜製の振動膜５５と、複数のインク吐出エネルギー発生部５６と、補強用四角枠部５７と、ポリイミド層５８よりなる構成である。
【００３３】
このＣｒ膜製の振動膜５５は、後述するようにスパッタリングによって形成したものであり、厚さｔ１は２μｍと極めて薄く、本体部５２の上面に固定してあり、各圧力室５１を覆っており、各圧力室に対向する部分が各圧力室５１の一の壁面を構成する。
複数のインク吐出エネルギー発生部５６は、振動膜５５上に各圧力室５１毎に形成してあり、圧電体製であり、後述するようにスパッタリングによって形成したものであり、Ｙ１，Ｙ２方向に細長い小片形状であり、厚さｔ２が約３μｍと極めて薄いインク吐出エネルギー発生部本体６０と、振動膜５５のうちインク吐出エネルギー発生部本体６０の下面側の部分５５ａと、インク吐出エネルギー発生部本体の上面のＰｔ膜製の個別電極６１とよりなる構成である。インク吐出エネルギー発生部本体６０と、振動膜５５のうちインク吐出エネルギー発生部本体６０の下面側の部分５５ａとがバイモルフ構造を形成している。
【００３４】
図４に拡大して示すように、インク吐出エネルギー発生部本体６０は、Ｙ２方向端に円弧形状部６０ａ、Ｙ１方向端に円弧形状部６０ｂを有する。個別電極６１は、Ｙ２方向端に円弧形状部６１ａ、Ｙ１方向端に円弧形状部６１ｂを有する。この円弧形状部６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂは、振動膜５５に発生している内部応力が集中しにくいように機能する。
【００３５】
図６（Ａ）中、６２はインク吐出エネルギー発生部形成領域であり、Ｙ１，Ｙ２方向に細長い形状の複数のインク吐出エネルギー発生部５６がＸ１，Ｘ２方向に並んでいる領域である。
補強用四角枠部５７は、圧電体製であり、後述するようにスパッタリングによって形成したものであり、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＹ２方向側にインク吐出エネルギー発生部形成領域６２に沿ってインク吐出エネルギー発生部５６が並んでいる方向（Ｘ１，Ｘ２方向）に延在している第１の帯部５７−１と、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＹ１方向側にＸ１，Ｘ２方向に延在している第２の帯部５７−２と、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＸ１方向の端（複数のインク吐出エネルギー発生部５６が並んでいる方向のＸ１方向の端）側にＹ１，Ｙ２方向に延在している第３の帯部５７−３と、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＸ２方向の端側にＹ１，Ｙ２方向に延在している第４の帯部５７−４とよりなり、四角枠形状であり、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２を囲んでおり、上記振動膜５５の上面に形成してある。インク吐出エネルギー発生部形成領域６２の周囲と補強用四角枠部５７との間の隙間部６４は、幅ａが２００μｍである。
【００３６】
第１の帯部５７−１及び第２の帯部５７−２は、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２に対応する範囲では途中で分断されていず、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＸ１，Ｘ２方向の全長Ｌ１に亘って連続している。第３の帯部５７−３及び第４の帯部５７−４は、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２に対応する範囲では途中で分断されていず、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＹ１，Ｙ２方向の全長Ｌ２に亘って連続している。第１の帯部５７−１及び第２の帯部５７−２と、第３の帯部５７−３及び第４の帯部５７−４とは、接続されており、上記補強用四角枠部５７は、全周に亘って連続している。
【００３７】
補強用四角枠部５７は、それ自体の機械的強度によって、振動膜５５内の応力によって振動膜５５が縮もうとする挙動を拘束するように機能する。第１の帯部５７−１と第２の帯部５７−２は、振動膜５５のＸ１，Ｘ２方向に縮もうとする挙動を拘束して、インク吐出エネルギー発生部５６の長手方向の延長方向（Ｙ１，Ｙ２方向）に亀裂が発生することを防止する。第３の帯部５７−３と第４の帯部５７−４とは、振動膜５５のＹ１，Ｙ２方向に縮もうとする挙動を拘束して、インク吐出エネルギー発生部５６の長手方向と直交する方向（Ｘ１，Ｘ２方向）に亀裂が発生することを防止する。第１の帯部５７−１及び第２の帯部５７−２が、特許請求の範囲の記載の「インク吐出エネルギー発生部並び方向帯部」に対応する。第３の帯部５７−３と第４の帯部５７−４とが、特許請求の範囲の記載の「インク吐出エネルギー発生部長手方向帯部」に対応する。
【００３８】
補強用四角枠部５７の上面には、Ｐｔ膜６３が形成してある。
ポリイミド層５８は上記補強用四角枠部５７で囲まれる内側の部分に形成してある。このポリイミド層５８は、後述するように、Ｃｒ膜製の振動膜５５をスパッタリングによって形成するに当たっての下地を作るために形成したものであり、その後に残っていたものである。
【００３９】
第１には上記の補強用四角枠部５７の機能によって、第２には上記円弧形状部６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂの機能によって、振動膜５５には亀裂が発生していない。
図５はインクジェット記録ヘッド装置７０を示す。インクジェット記録ヘッド装置７０は、上記構成のインクジェット記録ヘッド５０が基台７１の上面の先端寄りの部分（Ｙ２方向端側）に固定してあり、半導体パッケージ７２ａが実装してある駆動回路基板７２が基台７１の上面の後端寄りの部分（Ｙ１方向端側）に固定してあり、インクジェット記録ヘッド５０と駆動回路基板７２との間がフレキシブルケーブル７３によって接続されている構成である。
【００４０】
フレキシブルケーブル７３は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、ベースフィルム７４の下面に、複数の個別電極ライン７５と共通電極ライン７６とが形成してあり、個別電極ライン７５と共通電極ライン７６とがその両端側の部分を除いてカバーフィルム７７によって覆われていう構造である。共通電極ライン７６はＸ１，Ｘ２方向の両端側に位置している。フレキシブルケーブル７３のＹ１方向端は駆動回路基板７２に接続されている。共通電極ライン７６はグランド端子に接続してある。フレキシブルケーブル７３のＹ２方向端は、個別電極ライン７５については、図６（Ｂ）に示すように、個別電極６１の端部に接続されており、共通電極ライン７６については、図６（Ｃ）に示すように、ポリイミド層５８の開口窓５８ａを通して振動膜５５に接続してある。
【００４１】
このインクジェット記録ヘッド装置７０（インクジェット記録ヘッド５０）は、駆動回路基板７２より駆動信号が個別電極６１に印加されると圧電体製のインク吐出エネルギー発生部本体６０がＹ１，Ｙ２方向に縮むように歪んで、バイモルフ構造のインク吐出エネルギー発生部５６が図４中破線で示すように圧力室５１内に凸となるように変形し、インク粒がノズル５３から吐出される。駆動信号が印加されなくなると、インク吐出エネルギー発生部５６は振動膜５５の弾性力によって平坦な状態に復元する。
【００４２】
ここで、振動膜５５及びインク吐出エネルギー発生部本体６０が共に極薄いものであるため、印刷のための消費電力の低減が図られており、且つ、ノズル５３から吐出されるインク粒が約２０μｍと微細化が図られて印刷の高解像度化が図られている。
図６（Ｃ）に示すように、共通電極ライン７６は、符号７８で示す個所で補強用四角枠部５７の上面のＰｔ膜６３と電気的に接続されている。よって、誘電体である補強用四角枠部５７を挟む振動膜５５とＰｔ膜６３とは同電位（グランド電位）となっており、この補強用四角枠部５７に電荷が蓄積することが回避されている。よって、インクジェット記録ヘッド装置７０（インクジェット記録ヘッド５０）は、補強用四角枠部５７への電荷の蓄積に起因する電気的障害は発生しない。
【００４３】
次に図４のインクジェット記録ヘッド５０の製造方法について、図７（Ａ）乃至（Ｅ）及び図８（Ａ）乃至（Ｃ）を参照して説明する。
先ず、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、無色透明であるＭｇＯ基板（ターゲット基板）８０にスパッタリングによって厚さ０．２μｍのＰｔ膜を形成し、このＰｔ膜をマスクを使用してフォトエッチングしてパターニングして個別電極６１及び四角枠形状のＰｔ膜６３を形成する。マスクのパターンの形状を適宜定めることによって、図７（Ｂ）に拡大して示すように、個別電極６１の両端は円弧形状部６０ａ、６０ｂに形成してある。
【００４４】
次いで、図７（Ｃ）に示すように、圧電体をスパッタリングして厚さ３μｍの圧電体の膜を形成し、マスクを使用し、圧電体の膜をフォトエッチングしてパターニングして、インク吐出エネルギー発生部本体６０と補強用四角枠部５７とを形成する。マスクのパターンの形状を適宜定めることによって、拡大して示すように、インク吐出エネルギー発生部本体６０の両端は円弧形状部６０ａ、６０ｂに形成してある。
【００４５】
なお、補強用四角枠部５７はインク吐出エネルギー発生部本体６０と併せて形成されており、補強用四角枠部５７だけを形成するための工程は不要であり、インクジェット記録ヘッド５０の製造方法に要する工程の数は従来と同じであり、増えてはいない。
次いで、図７（Ｄ）に示すように、上記のマスクパターンを残しておいて、このマスクパターンを利用して、感光性ポリイミド樹脂を圧電体の膜が除去された部分、即ち、隣合うインク吐出エネルギー発生部本体６０の間の部分と、補強用四角枠部５７の内側とインク吐出エネルギー発生部本体６０との間の部分に、インク吐出エネルギー発生部本体６０及び補強用四角枠部５７の厚さと同じ厚さに埋め込み、ポリイミド層５８を形成して、平坦面を形成する。
【００４６】
次いで、図７（Ｅ）に示すように、上面にＣｒをスパッタリングして厚さが３μｍであるＣｒスパッタリング膜である振動膜５５を形成する。振動膜５５はこれが形成される下地が平坦であるため、平坦である。
図７（Ｅ）において、ＭｇＯ基板（ターゲット基板）８０を除いた部分が駆動素子１００を構成する。
【００４７】
次いで、図８（Ａ）に示すように、振動膜５５上に、東京応用化学株式会社製のＰＲシリーズ（溶剤型）のドライフィルムレジストを３５°Ｃ、１ｍ／分、２．５ｋｇｆ／ｃｍ2 の条件でラミネートし、この後、マスク露光、現像を行なって、インク吐出エネルギー発生部本体６０に対応する部位に圧力室５１を形成し、この後、１５０°Ｃ、１４時間で加熱硬化させ、上側本体部５２ａ（図４参照）を形成する。
【００４８】
この段階で、振動膜５５には、Ｃｒの熱膨張係数と圧電体の熱膨張係数との差異による熱応力に加えて、Ｃｒの結晶構造と圧電体の結晶構造の違いによる応力とが発生し、両者が加算された応力が発生している。この応力は、主に振動膜５５を並んでいる複数のインク吐出エネルギー発生部本体６０の並びの方向（Ｘ方向）に引っ張る方向の応力である。
【００４９】
この後、酸性のエッチング液にて、図８（Ｂ）に示すように、ＭｇＯ基板８０を取り去って、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すインクジェット記録ヘッド半完成体８１を得る。図８（Ｂ）は図８（Ａ）の製造途中の物を上下反転して示す。
ＭｇＯ基板８０は図７（Ｂ）から図８（Ａ）まで基板として機能しており、振動膜５５を全面に亘って拘束する働きをしていたものであり、このＭｇＯ基板８０が取り去られることによって、振動膜５５は拘束から解放され、引っ張る方向の力が作用することになる。
【００５０】
しかし、第１には補強用四角枠部５７が振動膜５５の周囲の部分を拘束していることによって、振動膜５５には引っ張る方向の力が作用しにくく、第２にはインク吐出エネルギー発生部本体６０の両端が円弧形状部６０ａ、６０ｂであることによって、インク吐出エネルギー発生部５６の端の個所に応力集中が起きにくく、第３には個別電極６１の両端は円弧形状部６１ａ、６１ｂであることによって、インク吐出エネルギー発生部５６の端の個所に応力集中が起きにくい。よって、振動膜５５には亀裂は発生しない。
【００５１】
最後に、図８（Ｃ）に示すように、インクジェット記録ヘッド半完成体８１の上側本体部５２ａの下面に、下側本体部５２ｂ（図４参照）を接合する。
以上によって、インクジェット記録ヘッド５０が完成する。
なお、量産時には、インクジェット記録ヘッド５０は、一枚の基板上に複数のインクジェット記録ヘッド５０が並んで作り込またインクジェット記録ヘッド集合体９０を、最後に基板を切断してインクジェット記録ヘッド集合体９０を切断して多数個取りして製造される。この場合に、図１０に示すように、補強用四角枠部５７は隣り合う補強用四角枠部５７の間に帯状の隙間９１を残して形成し、切断は符号９２で示すように、帯状の隙間９１の個所で行なう。即ち、補強用四角枠部５７の外側端より外側の位置で切断している。補強用四角枠部５７の個所で切断すると、切断時の衝撃で補強用四角枠部５７に亀裂が発生し、この亀裂が伝わって、振動膜５５に亀裂が発生してしまう虞れがある。しかし、上記のように、切断を補強用四角枠部５７から離れた部位で行なうことによって、補強用四角枠部５７に亀裂は発生せず、よって、振動膜５５に亀裂が発生してしまう虞れが回避されている。
【００５２】
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではない。即ち、本発明は補強用四角枠部５７と、端部が円弧形状とされたインク吐出エネルギー発生部本体６０及び個別電極６１とを備えた構成に限定されるものではない。
振動膜５５の亀裂防止のためには、補強用四角枠部５７とを設けただけでも効果があり、インク吐出エネルギー発生部本体６０の両端を円弧形状部６０ａ、６０ｂとしただけでも効果があり、個別電極６１の両端を円弧形状部６１ａ、６１ｂとしただけでも効果がある。
【００５３】
また、補強用四角枠部５７については、振動膜５５の亀裂防止のためには、第１の帯部５７−１と第２の帯部５７−２とだけでも効果があり、また、第３の帯部５７−３と第４の帯部５７−４とだけでも効果があり、第１の帯部５７−１と第３の帯部５７−３と第４の帯部５７−４とだけでも効果がある。
よって、本発明は上記の実施例に限定されるものではない。即ち、本発明は補強用四角枠部５７と、端部が円弧形状とされたインク吐出エネルギー発生部本体６０及び個別電極６１とを備えた構成に限定されるものではない。
【００５４】
〔第２実施例〕
第２実施例は、補強用四角枠部の変形例である。
図１１（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第２実施例になるインクジェット記録ヘッド５０Ａの構造を示す。このインクジェット記録ヘッド５０Ａは、図４、図６（Ａ）乃至（Ｃ）のインクジェット記録ヘッド５０とは、補強用四角枠部５７Ａのみが相違する。
【００５５】
補強用四角枠部５７Ａは、補強用四角枠部５７の第２の帯部５７−２が取り除かれた構成である。補強用四角枠部５７Ａは、第１の帯部５７−１と第３の帯部５７−３と第４の帯部５７−４とよりなる。
第２の帯部５７−２が無いため、図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、フレキシブルケーブル７３は、補強用四角枠部５７の上面のＰｔ膜６３と短絡する虞れなく接続される。
【００５６】
フレキシブルケーブル７３の接続は治具によって圧力を加えて行なわれる。このときの圧力が作用する場所には補強用四角枠部が存在せず、よって、圧電体製の補強用四角枠部が割れることが起きない。このため、補強用四角枠部の割れが振動膜５５の亀裂を引き起こすことが避けられる。
〔第３実施例〕
第３実施例は、インク吐出エネルギー発生部本体６０及び個別電極６１の端部の円弧形状の変形例である。
【００５７】
図１２は本発明の第３実施例になるインクジェット記録ヘッド５０Ｂの構造を示す。このインクジェット記録ヘッド５０Ｂは、インク吐出エネルギー発生部５６Ａを有する。このインク吐出エネルギー発生部５６Ａは、インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｂ及び個別電極６１Ｂとよりなる。インク吐出エネルギー発生部本体６０Ａは端が多角形状部６０Ｂａ，６０Ｂｂとなっており、個別電極６１Ｂも端が多角形状部６１Ｂａ，６１Ｂｂとなっている。
【００５８】
このように、インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｂの両端が多角形状部６０Ｂａ、６０Ｂｂであることによって、及び、個別電極６１Ｂの両端が多角形状部６１Ｂａ、６１Ｂｂであることによって、インク吐出エネルギー発生部５６Ｂの端の個所に応力集中が起きにくく、よって、振動膜５５には亀裂は発生しない。
〔第４実施例〕
第４実施例は、インク吐出エネルギー発生部本体６０及び個別電極６１の端部の円弧形状の変形例である。
【００５９】
図１３は本発明の第４実施例になるインクジェット記録ヘッド５０Ｃの構造を示す。このインクジェット記録ヘッド５０Ｃは、インク吐出エネルギー発生部５６Ｃを有する。このインク吐出エネルギー発生部５６Ｃは、インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｃ及び個別電極６１Ｃとよりなる。インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｃは端が多段形状部６０Ｃａ，６０Ｃｂとなっており、個別電極６１Ｃも端が多段形状部６１Ｃａ，６１Ｃｂとなっている。
【００６０】
このように、インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｃの両端が多段形状部６０Ｃａ、６０Ｃｂであることによって、及び、個別電極６１Ｃの両端が多段形状部６１Ｃａ、６１Ｃｂであることによって、インク吐出エネルギー発生部５６Ｃの端の個所に応力集中が起きにくく、よって、振動膜５５には亀裂は発生しない。
〔第５実施例〕
第５実施例は、インク吐出エネルギー発生部本体６０及び個別電極６１の端部の円弧形状の変形例である。
【００６１】
図１４は本発明の第４実施例になるインクジェット記録ヘッド５０Ｄの構造を示す。このインクジェット記録ヘッド５０Ｄは、インク吐出エネルギー発生部５６Ｄを有する。このインク吐出エネルギー発生部５６Ｄは、インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｄ及び個別電極６１Ｄとよりなる。インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｄは端が角形状となっているけれども、個別電極６１Ｄは端が円弧形状部６１Ｄａ，６１Ｄｂとなっている。
【００６２】
このように、個別電極６１Ｄの両端が円弧形状部６１Ｄａ，６１Ｄｂであることによって、インク吐出エネルギー発生部５６Ｄの端の個所に応力集中が起きにくく、よって、振動膜５５には亀裂は発生しない。
なお、上記各実施例のインクジェット記録ヘッド５０〜５０Ｄを搭載して、図１に示すと同様なインクジェットプリンタ装置が構成される。
【００６３】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。請求項１記載の発明によれば、振動膜のうち、複数のインク吐出エネルギー発生部が並んで形成されているインク吐出エネルギー発生部形成領域とは異なる領域に、振動膜を補強するための圧電体製の補強用枠部が設けられている。また、前記補強用枠部は、前記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している構成としたものであるため、圧電体製の補強用枠部が、振動膜がこれに発生している応力によって縮まろうとする挙動をインク吐出エネルギー発生部形成領域全体に亘って拘束し、よって、振動膜に亀裂が発生しないように出来る。このことによって、振動膜を使用することによって低消費電力化及び高解像度化を図ることが出来ると共に、振動膜に亀裂が発生しないようにすることによってインクジェット記録ヘッドの信頼性を向上させることが出来る。さらに、各インク吐出エネルギー発生部本体を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたものであるため、応力が集中し易いインク吐出エネルギー発生部本体の端部に応力が集中しにくくなって、振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することを防止出来る。
【００６４】
請求項２の発明によれば、薄膜形成技術を用いて成膜された振動膜のうち、上記複数のインク吐出エネルギー発生部が並んで形成されているインク吐出エネルギー発生部形成領域とは異なる領域に、上記インク吐出エネルギー発生部を形成する工程時に該インク吐出エネルギー発生部と同時に形成されたものであって、振動膜を補強するための圧電体製の補強用枠部が設けてある。また、この補強用枠部がインク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している構成としたものであるため、圧電体製の補強用枠部は、振動膜がこれに発生している応力によって縮まろうとする挙動をインク吐出エネルギー発生部形成領域全体に亘って拘束し、よって、振動膜に亀裂が発生しないように出来る。このことによって、振動膜を使用することによって低消費電力化及び高解像度化を図ることが出来ると共に、振動膜に亀裂が発生しないようにすることによってインクジェット記録ヘッドの信頼性を向上させることが出来る。また、補強用枠部はインク吐出エネルギー発生部を形成するときに併せて形成されたものであり、工程の数は増えないように出来、量産に適している。
【００６５】
請求項３の発明は、補強用枠部として、インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部よりなる構成であるため、インク吐出エネルギー発生部並び方向帯部が、振動膜のうち、該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向を補強し、よって、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の長手方向の延長方向に発生することを防止出来る。
【００６６】
請求項４の発明は、補強用枠部として、インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しており、上記インク吐出エネルギー発生部の両側に位置している二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部を設けた構成であるため、インク吐出エネルギー発生部の両側に配された二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部が振動膜のうちインク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向をより強固に補強し、よって、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の長手方向の延長方向に発生することを防止出来る。
【００６７】
請求項５の発明は、補強用枠部は、インク吐出エネルギー発生部形成領域のインク吐出エネルギー発生部の並んでいる方向の端側に、インク吐出エネルギー発生部の長手方向と同じ方向に延在しており、インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部よりなる構成であるため、インク吐出エネルギー発生部長手方向帯部によって、振動膜のうち、インク吐出エネルギー発生部の長手方向を補強して、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の並び方向に発生することを防止出来る。
【００６８】
請求項６の発明は、補強用枠部が、二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部と該二つのインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部とがインク吐出エネルギー発生部形成領域を囲んで、インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続していて枠状となっている構成であるため、枠状となっている補強用枠部によって、振動膜のうち、インク吐出エネルギー発生部の全周囲を補強し、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の長手方向の延長方向に発生することを防止出来る。
【００７０】
請求項７の発明は、各個別電極を、その端部の形状を、応力集中が発生しにくい形状としたものであるため、応力が集中し易いインク吐出エネルギー発生部本体の端部に応力が集中しにくくなって、振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することを防止出来る。
【００７１】
請求項８の発明は、各インク吐出エネルギー発生部本体を、その端部の形状を、応力集中が発生しにくい形状とすると共に、各個別電極を、その端部の形状を、応力集中が発生しにくい形状とした構成としたものであるため、応力が集中し易いインク吐出エネルギー発生部本体の端部に応力が集中しにくくなって、振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することを防止出来る。
【００７２】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドを備えてなる構成としたものであるため、振動膜への亀裂の発生が防止され、よって、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現出来る。
【００７３】
請求項１０の発明は、圧力室にインクが充填され、該圧力室の体積を変化させることでインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動素子であって、該駆動素子はターゲット基板に圧電体と振動膜とが薄膜形成技術を用いて積層形成されてなり、該圧電体は、前記圧力室の体積を変化させるエネルギーを発生させるインク吐出エネルギー発生部と、該インク吐出エネルギー発生部の周囲を囲むように連続して設けられた補強用枠部からなるものであるため、インク吐出エネルギー発生部の周囲を囲むように連続して設けられた補強用枠部がインク吐出エネルギー発生部の全周囲の部分の振動膜を補強して、振動膜への亀裂の発生が防止されたインクジェット記録ヘッドの駆動素子を実現出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なインクジェットプリンタ装置の一例の要部構成図である。
【図２】従来の一例であるインクジェット記録ヘッドの部分切截した斜視図である。
【図３】本出願人が先に案出したインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施例になるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図５】図４のインクジェット記録ヘッドが組み込まれているヘッド装置を示す図である。
【図６】図４のインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図７】図４のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図８】図７に続く製造工程を示す図である。
【図９】図８（Ｂ）のインクジェット記録ヘッド半完成体を示す図である。
【図１０】多数個取りの場合の切断位置を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施例になるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図１２】本発明の第３実施例になるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図１３】本発明の第４実施例になるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図１４】本発明の第５実施例になるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【符号の説明】
５０、５０Ａ〜５０Ｄ インクジェット記録ヘッド
５１ 圧力室
５２ 本体部
５３ ノズル
５５ 振動膜
５６、５６Ｂ〜５６Ｄ インク吐出エネルギー発生部
５７、５７Ａ 補強用四角枠部
５７−１〜５７−４ 連続した帯部
６０，６０Ｂ〜６０Ｄ インク吐出エネルギー発生部本体
６０ａ，６０ｂ 円弧形状部
６０Ｂａ 多角形状部
６０Ｃａ 多段形状部
６１，６１Ｂ〜６１Ｄ 個別電極
６１ａ，６１Ｄａ 円弧形状部
６１Ｂａ 多角形状部
６１Ｃａ 多段形状部
７０ インクジェット記録ヘッド装置
７３ フレキシブルケーブル
８１ インクジェット記録ヘッド半完成体
１００ 駆動素子
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット記録ヘッド及びプリンタ装置に係り、特に圧力室の一壁部として設けられた振動膜をバイモルフ構造のインク吐出エネルギー発生部を用いて振動させることによりインクを吐出させるインクジェット記録ヘッド及びプリンタ装置に関する。
【０００２】
図１は一般的なインクジェットプリンタ装置１０を示す。インクジェット記録ヘッド１１は、キャリッジ１２の下面に取付けてある。インクジェット記録ヘッド１１は、送りローラ１３と排出ローラ１４との間に位置して、プラテン１５に対向している。キャリッジ１２は、インクタンク１６を有し、紙面に垂直な方向に移動可能に設けてある。用紙１７は、ピンチローラ１８と送りローラ１３とによって挟まれ、ピンチローラ１９と排出ローラ１４とによって挟まれて、Ａ方向に送られる。インクジェット記録ヘッド１１が動作され、キャリッジ１２が紙面に垂直な方向に移動されて、インクジェット記録ヘッド１０が用紙１７に印刷を行なう。印刷がなされた用紙１７は、スタッカ２０内に収容される。
【０００３】
近年ではパーソナルコンピュータの低消費電力化が要望されており、これに伴い周辺機器である上記のインクジェットプリンタ装置１０においても低消費電力化（半導体駆動電圧化：〜２０Ｖ）が要求されるようになってきている。また、一方においてインクジェットプリンタ装置１０には高い解像度が要求されており、これに伴いインクジェット記録ヘッド１１から吐出されるインクの粒径の微細化が急速に進められている。また、インクジェット記録ヘッド１１は、上記の要求を満足して、且つ高い信頼性で量産される構造であることが必要である。
【０００４】
【従来の技術】
図２は従来の１例のインクジェット記録ヘッド３０の要部を示す。同図に示すように、インクジェット記録ヘッド３０は、インク吐出エネルギー発生部３１と、ノズル３２が設けられたノズル板３３と、振動膜３４と、各ノズル３２に対応して形成された圧力室３５を有する金属または樹脂からなる本体部３６等から構成されている。
【０００５】
インク吐出エネルギー発生部３１は、各圧力室３５毎に設けてあり、圧電体製の細長い小片形状のインク吐出エネルギー発生部本体３７と、振動膜３５のうちインク吐出エネルギー発生部本体４０の下側の部分と、インク吐出エネルギー発生部本体４０の上面の個別電極３８とよりなる構成である。インク吐出エネルギー発生部３１は、インク吐出エネルギー発生部本体３７と振動膜３５のうちインク吐出エネルギー発生部本体４０の下側の部分とがバイモルフ構造を構成し、個別電極３８にコントローラからの駆動信号が印加されると圧電体製のインク吐出エネルギー発生部本体３７が縮むように歪んで、インク吐出エネルギー発生部３１が図２中破線で示すように圧力室３５内に凸となるように変形し、インク粒がノズル３２から吐出される。駆動信号が印加されなくなると、インク吐出エネルギー発生部３１は振動膜３５の弾性力によって平坦な状態に復元する。
【０００６】
振動する部材として圧電体の薄膜化と振動膜３４との組み合わせを採用しているため、従来の振動板を使用した構成に比べて、圧電体内の電界強度を大きくして発生エネルギーを大きくしても、低消費電力化及び高解像度化が図られている。
本出願人は先に上記のインクジェット記録ヘッド３０の製造方法を案出した。
【０００７】
インクジェット記録ヘッド３０Ａは、図３（Ａ）乃至（Ｇ）に示す工程を経て製造される。製造された図３（Ｈ）及び（Ｉ）に示すインクジェット記録ヘッド３０Ａは、その後、基台に固定され、更には、フレキシブルケーブルの端が接続される。
先ず、ＭｇＯ基板４０にスパッタリングによってＰｔ膜を形成し、Ｐｔ膜をパターニングして個別電極３８を形成し（図３（Ａ）、（Ｂ））、次いで、圧電体をスパッタリングし、パターニングして、インク吐出エネルギー発生部本体３７を形成し（図３（Ｃ））、次いで、ＭｇＯ基板４０の上面にポリイミド層４１を形成して平坦化する（図３（Ｄ））。次いで、上面にＣｒをスパッタリングしてＣｒスパッタリング膜である振動膜３４を形成し（図３（Ｅ））、次いで、振動膜３３上にドライフィルム４２を貼り、ドライフィルム４２のうちインク吐出エネルギー発生部本体３７に対応する部位に圧力室３５を形成し（図３（Ｆ））、最後に、エッチングによってＭｇＯ基板４０を除去する（図１（Ｇ））。これによって、インクジェット記録ヘッド３０Ａが形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＭｇＯ基板４０が除去された段階で、振動膜３５が図３（Ｈ）に符号４５で示すように亀裂が発生することがあった。
振動膜３５に亀裂が発生すると、圧電体によってインク吐出部が変形されても、圧力が亀裂を通して外側に逃げて圧力室内に圧力が発生せず、インクが吐出出来なくなるばかりでなく、インクジェット記録ヘッドを組立て動作させたときに、亀裂の個所からインクが漏れ出し、インクが導電性を有しているため、漏れ出したインクによって電気回路がショートを起こす事故が発生してしまう。
【０００９】
振動膜３５の亀裂４５の発生のメカニズムは次のように考えられる。
Ｃｒは金属であり、圧電体はセラミックであるため、図３（Ｆ）の段階で、振動膜１３には、Ｃｒの熱膨張係数が圧電体の熱膨張係数に比べて格段に大きくＣｒの熱膨張係数と圧電体の熱膨張係数との差異が大きいことによる熱応力に加えて、Ｃｒの結晶構造と圧電体の結晶構造の違いによる応力とが発生し、両者が加算された応力が発生している。この振動膜１３内の応力は、主に並んでいる複数のインク吐出エネルギー発生部３１の並びの方向（Ｘ方向）に縮む方向の応力である。ＭｇＯ基板４０は振動膜３５をその全面に亘って拘束している。
【００１０】
ドライフィルム４２はレジストであり、機械的強度は金属であるＣｒ膜より弱く、振動膜３５に応力が作用したままの状態に保持することは困難である。
よって、ＭｇＯ基板４０が除去されると、振動膜３５は拘束が解除されて上記の応力によって引っ張る方向の力が作用して、これが振動膜３５に亀裂４５を発生させる。
【００１１】
そこで、本発明は上記課題を解決したインクジェット記録ヘッド及びプリンタ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、インクを吐出するノズルに対応して設けられており、内部にインクが充填される複数の圧力室が並んで形成されてなる本体部と、該本体部に対応する大きさを有し、振動可能な材料により形成されており、上記本体部に上記各圧力室を覆うように固定してあり、各圧力室に対向する部分が各圧力室の一の壁面を構成する振動膜と、前記各圧力室と対応する前記振動膜上に並んで配設されており、前記振動膜を変形することにより前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる複数のインク吐出エネルギー発生部とを有し、各インク吐出エネルギー発生部が、圧電体製の細長い小片形状のインク吐出エネルギー発生部本体と、該インク吐出エネルギー発生部本体の上面の個別電極とよりなるインクジェット記録ヘッドにおいて、上記振動膜のうち、上記複数のインク吐出エネルギー発生部が並んで形成されているインク吐出エネルギー発生部形成領域とは異なる領域に、上記振動膜を補強するための圧電体製の補強用枠部が前記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している構成として設けられるとともに、上記各インク吐出エネルギー発生部本体を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたものである。
【００１４】
また、請求項２の発明は、インクを吐出するノズルに対応して設けられており、内部にインクが充填される複数の圧力室が並んで形成されてなる本体部と、薄膜形成技術を用いて成膜されたものであり、該本体部に対応する大きさを有し、振動可能な材料により形成されており、上記本体部に上記各圧力室を覆うように固定してあり、各圧力室に対向する部分が各圧力室の一の壁面を構成する振動膜と、薄膜形成技術を用いて形成されたものであり、前記各圧力室と対応する前記振動膜上に並んで配設されており、前記振動膜を変形することにより前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる複数のインク吐出エネルギー発生部とを有し、各インク吐出エネルギー発生部が、圧電体製の細長い小片形状のインク吐出エネルギー発生部本体と、該インク吐出エネルギー発生部本体の上面の個別電極とよりなるインクジェット記録ヘッドにおいて、上記振動膜のうち、上記複数のインク吐出エネルギー発生部が並んで形成されているインク吐出エネルギー発生部形成領域とは異なる領域に、上記インク吐出エネルギー発生部を形成する工程時に該インク吐出エネルギー発生部と同時に形成されたものであって、上記振動膜を補強するための圧電体製の補強用枠部が前記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している構成として設けられているものである。
【００１６】
請求項３の発明は、上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部よりなる構成としたものである。
【００１７】
インク吐出エネルギー発生部並び方向帯部は、インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているため、振動膜のうちインク吐出エネルギー発生部形成領域全体に亘って、該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向を補強し、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の長手方向の延長方向に発生することを防止する。
【００１８】
請求項４の発明は、上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しており、上記インク吐出エネルギー発生部の両側に位置している二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部よりなる構成であるようにしたものである。
【００１９】
二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部は、インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しており、且つ、インク吐出エネルギー発生部の両側に配されているため、振動膜のうちインク吐出エネルギー発生部形成領域全体に亘って、インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向をより強固に補強し、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の長手方向の延長方向に発生することを防止する。
【００２０】
請求項５の発明は、上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域のインク吐出エネルギー発生部の並んでいる方向の端側に、該インク吐出エネルギー発生部の長手方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部よりなる構成であるようにしたものである。
【００２１】
インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部は、振動膜のうち、インク吐出エネルギー発生部の長手方向を補強して、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の並び方向に発生することを防止する。請求項６の発明は、上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しており、上記インク吐出エネルギー発生部の両側に位置している二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部と、且つ、インク吐出エネルギー発生部の並んでいる方向の両端の側に、該インク吐出エネルギー発生部の長手方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している二つのインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部とよりなり、該二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部と該二つのインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部とが該インク吐出エネルギー発生部形成領域を囲んで枠状となっている構成であるようにしたものである。
【００２６】
振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することが防止される。請求項７の発明は、請求項１乃至６のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、上記各個別電極を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたものである。
【００２７】
振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することが防止される。請求項８の発明は、請求項１乃至６のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、上記各インク吐出エネルギー発生部本体を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とすると共に、上記各個別電極を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたものである。
【００２８】
振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することが防止される。請求項９の発明は、請求項１乃至８のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドを備えてなる構成としたものである。振動膜への亀裂の発生が防止され、よって、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現できる。
【００２９】
請求項１０の発明は、圧力室にインクが充填され、該圧力室の体積を変化させることでインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動素子であって、該駆動素子はターゲット基板に圧電体と振動膜とが薄膜形成技術を用いて積層形成されてなり、該圧電体は、前記圧力室の体積を変化させるエネルギーを発生させるインク吐出エネルギー発生部と、該インク吐出エネルギー発生部の周囲を囲むように連続して設けられた補強用枠部からなるものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
〔第１実施例〕
図４及び図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の第１実施例になるインクジェット記録ヘッド５０の構造を示す。インクジェット記録ヘッド５０は、内部にインクが充填される複数の圧力室５１がＸ１，Ｘ２方向に並んで形成されており、且つ、Ｘ１，Ｘ２方向に延在するインク流路５９が形成してあるドライフィルム製の本体部５２と、インクを吐出するノズル５３が形成してあるノズル板５４と、Ｃｒ膜製の振動膜５５と、複数のインク吐出エネルギー発生部５６と、補強用四角枠部５７と、ポリイミド層５８よりなる構成である。
【００３３】
このＣｒ膜製の振動膜５５は、後述するようにスパッタリングによって形成したものであり、厚さｔ１は２μｍと極めて薄く、本体部５２の上面に固定してあり、各圧力室５１を覆っており、各圧力室に対向する部分が各圧力室５１の一の壁面を構成する。
複数のインク吐出エネルギー発生部５６は、振動膜５５上に各圧力室５１毎に形成してあり、圧電体製であり、後述するようにスパッタリングによって形成したものであり、Ｙ１，Ｙ２方向に細長い小片形状であり、厚さｔ２が約３μｍと極めて薄いインク吐出エネルギー発生部本体６０と、振動膜５５のうちインク吐出エネルギー発生部本体６０の下面側の部分５５ａと、インク吐出エネルギー発生部本体の上面のＰｔ膜製の個別電極６１とよりなる構成である。インク吐出エネルギー発生部本体６０と、振動膜５５のうちインク吐出エネルギー発生部本体６０の下面側の部分５５ａとがバイモルフ構造を形成している。
【００３４】
図４に拡大して示すように、インク吐出エネルギー発生部本体６０は、Ｙ２方向端に円弧形状部６０ａ、Ｙ１方向端に円弧形状部６０ｂを有する。個別電極６１は、Ｙ２方向端に円弧形状部６１ａ、Ｙ１方向端に円弧形状部６１ｂを有する。この円弧形状部６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂは、振動膜５５に発生している内部応力が集中しにくいように機能する。
【００３５】
図６（Ａ）中、６２はインク吐出エネルギー発生部形成領域であり、Ｙ１，Ｙ２方向に細長い形状の複数のインク吐出エネルギー発生部５６がＸ１，Ｘ２方向に並んでいる領域である。
補強用四角枠部５７は、圧電体製であり、後述するようにスパッタリングによって形成したものであり、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＹ２方向側にインク吐出エネルギー発生部形成領域６２に沿ってインク吐出エネルギー発生部５６が並んでいる方向（Ｘ１，Ｘ２方向）に延在している第１の帯部５７−１と、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＹ１方向側にＸ１，Ｘ２方向に延在している第２の帯部５７−２と、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＸ１方向の端（複数のインク吐出エネルギー発生部５６が並んでいる方向のＸ１方向の端）側にＹ１，Ｙ２方向に延在している第３の帯部５７−３と、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＸ２方向の端側にＹ１，Ｙ２方向に延在している第４の帯部５７−４とよりなり、四角枠形状であり、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２を囲んでおり、上記振動膜５５の上面に形成してある。インク吐出エネルギー発生部形成領域６２の周囲と補強用四角枠部５７との間の隙間部６４は、幅ａが２００μｍである。
【００３６】
第１の帯部５７−１及び第２の帯部５７−２は、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２に対応する範囲では途中で分断されていず、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＸ１，Ｘ２方向の全長Ｌ１に亘って連続している。第３の帯部５７−３及び第４の帯部５７−４は、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２に対応する範囲では途中で分断されていず、インク吐出エネルギー発生部形成領域６２のＹ１，Ｙ２方向の全長Ｌ２に亘って連続している。第１の帯部５７−１及び第２の帯部５７−２と、第３の帯部５７−３及び第４の帯部５７−４とは、接続されており、上記補強用四角枠部５７は、全周に亘って連続している。
【００３７】
補強用四角枠部５７は、それ自体の機械的強度によって、振動膜５５内の応力によって振動膜５５が縮もうとする挙動を拘束するように機能する。第１の帯部５７−１と第２の帯部５７−２は、振動膜５５のＸ１，Ｘ２方向に縮もうとする挙動を拘束して、インク吐出エネルギー発生部５６の長手方向の延長方向（Ｙ１，Ｙ２方向）に亀裂が発生することを防止する。第３の帯部５７−３と第４の帯部５７−４とは、振動膜５５のＹ１，Ｙ２方向に縮もうとする挙動を拘束して、インク吐出エネルギー発生部５６の長手方向と直交する方向（Ｘ１，Ｘ２方向）に亀裂が発生することを防止する。第１の帯部５７−１及び第２の帯部５７−２が、特許請求の範囲の記載の「インク吐出エネルギー発生部並び方向帯部」に対応する。第３の帯部５７−３と第４の帯部５７−４とが、特許請求の範囲の記載の「インク吐出エネルギー発生部長手方向帯部」に対応する。
【００３８】
補強用四角枠部５７の上面には、Ｐｔ膜６３が形成してある。
ポリイミド層５８は上記補強用四角枠部５７で囲まれる内側の部分に形成してある。このポリイミド層５８は、後述するように、Ｃｒ膜製の振動膜５５をスパッタリングによって形成するに当たっての下地を作るために形成したものであり、その後に残っていたものである。
【００３９】
第１には上記の補強用四角枠部５７の機能によって、第２には上記円弧形状部６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂの機能によって、振動膜５５には亀裂が発生していない。
図５はインクジェット記録ヘッド装置７０を示す。インクジェット記録ヘッド装置７０は、上記構成のインクジェット記録ヘッド５０が基台７１の上面の先端寄りの部分（Ｙ２方向端側）に固定してあり、半導体パッケージ７２ａが実装してある駆動回路基板７２が基台７１の上面の後端寄りの部分（Ｙ１方向端側）に固定してあり、インクジェット記録ヘッド５０と駆動回路基板７２との間がフレキシブルケーブル７３によって接続されている構成である。
【００４０】
フレキシブルケーブル７３は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、ベースフィルム７４の下面に、複数の個別電極ライン７５と共通電極ライン７６とが形成してあり、個別電極ライン７５と共通電極ライン７６とがその両端側の部分を除いてカバーフィルム７７によって覆われていう構造である。共通電極ライン７６はＸ１，Ｘ２方向の両端側に位置している。フレキシブルケーブル７３のＹ１方向端は駆動回路基板７２に接続されている。共通電極ライン７６はグランド端子に接続してある。フレキシブルケーブル７３のＹ２方向端は、個別電極ライン７５については、図６（Ｂ）に示すように、個別電極６１の端部に接続されており、共通電極ライン７６については、図６（Ｃ）に示すように、ポリイミド層５８の開口窓５８ａを通して振動膜５５に接続してある。
【００４１】
このインクジェット記録ヘッド装置７０（インクジェット記録ヘッド５０）は、駆動回路基板７２より駆動信号が個別電極６１に印加されると圧電体製のインク吐出エネルギー発生部本体６０がＹ１，Ｙ２方向に縮むように歪んで、バイモルフ構造のインク吐出エネルギー発生部５６が図４中破線で示すように圧力室５１内に凸となるように変形し、インク粒がノズル５３から吐出される。駆動信号が印加されなくなると、インク吐出エネルギー発生部５６は振動膜５５の弾性力によって平坦な状態に復元する。
【００４２】
ここで、振動膜５５及びインク吐出エネルギー発生部本体６０が共に極薄いものであるため、印刷のための消費電力の低減が図られており、且つ、ノズル５３から吐出されるインク粒が約２０μｍと微細化が図られて印刷の高解像度化が図られている。
図６（Ｃ）に示すように、共通電極ライン７６は、符号７８で示す個所で補強用四角枠部５７の上面のＰｔ膜６３と電気的に接続されている。よって、誘電体である補強用四角枠部５７を挟む振動膜５５とＰｔ膜６３とは同電位（グランド電位）となっており、この補強用四角枠部５７に電荷が蓄積することが回避されている。よって、インクジェット記録ヘッド装置７０（インクジェット記録ヘッド５０）は、補強用四角枠部５７への電荷の蓄積に起因する電気的障害は発生しない。
【００４３】
次に図４のインクジェット記録ヘッド５０の製造方法について、図７（Ａ）乃至（Ｅ）及び図８（Ａ）乃至（Ｃ）を参照して説明する。
先ず、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、無色透明であるＭｇＯ基板（ターゲット基板）８０にスパッタリングによって厚さ０．２μｍのＰｔ膜を形成し、このＰｔ膜をマスクを使用してフォトエッチングしてパターニングして個別電極６１及び四角枠形状のＰｔ膜６３を形成する。マスクのパターンの形状を適宜定めることによって、図７（Ｂ）に拡大して示すように、個別電極６１の両端は円弧形状部６０ａ、６０ｂに形成してある。
【００４４】
次いで、図７（Ｃ）に示すように、圧電体をスパッタリングして厚さ３μｍの圧電体の膜を形成し、マスクを使用し、圧電体の膜をフォトエッチングしてパターニングして、インク吐出エネルギー発生部本体６０と補強用四角枠部５７とを形成する。マスクのパターンの形状を適宜定めることによって、拡大して示すように、インク吐出エネルギー発生部本体６０の両端は円弧形状部６０ａ、６０ｂに形成してある。
【００４５】
なお、補強用四角枠部５７はインク吐出エネルギー発生部本体６０と併せて形成されており、補強用四角枠部５７だけを形成するための工程は不要であり、インクジェット記録ヘッド５０の製造方法に要する工程の数は従来と同じであり、増えてはいない。
次いで、図７（Ｄ）に示すように、上記のマスクパターンを残しておいて、このマスクパターンを利用して、感光性ポリイミド樹脂を圧電体の膜が除去された部分、即ち、隣合うインク吐出エネルギー発生部本体６０の間の部分と、補強用四角枠部５７の内側とインク吐出エネルギー発生部本体６０との間の部分に、インク吐出エネルギー発生部本体６０及び補強用四角枠部５７の厚さと同じ厚さに埋め込み、ポリイミド層５８を形成して、平坦面を形成する。
【００４６】
次いで、図７（Ｅ）に示すように、上面にＣｒをスパッタリングして厚さが３μｍであるＣｒスパッタリング膜である振動膜５５を形成する。振動膜５５はこれが形成される下地が平坦であるため、平坦である。
図７（Ｅ）において、ＭｇＯ基板（ターゲット基板）８０を除いた部分が駆動素子１００を構成する。
【００４７】
次いで、図８（Ａ）に示すように、振動膜５５上に、東京応用化学株式会社製のＰＲシリーズ（溶剤型）のドライフィルムレジストを３５°Ｃ、１ｍ／分、２．５ｋｇｆ／ｃｍ2 の条件でラミネートし、この後、マスク露光、現像を行なって、インク吐出エネルギー発生部本体６０に対応する部位に圧力室５１を形成し、この後、１５０°Ｃ、１４時間で加熱硬化させ、上側本体部５２ａ（図４参照）を形成する。
【００４８】
この段階で、振動膜５５には、Ｃｒの熱膨張係数と圧電体の熱膨張係数との差異による熱応力に加えて、Ｃｒの結晶構造と圧電体の結晶構造の違いによる応力とが発生し、両者が加算された応力が発生している。この応力は、主に振動膜５５を並んでいる複数のインク吐出エネルギー発生部本体６０の並びの方向（Ｘ方向）に引っ張る方向の応力である。
【００４９】
この後、酸性のエッチング液にて、図８（Ｂ）に示すように、ＭｇＯ基板８０を取り去って、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すインクジェット記録ヘッド半完成体８１を得る。図８（Ｂ）は図８（Ａ）の製造途中の物を上下反転して示す。
ＭｇＯ基板８０は図７（Ｂ）から図８（Ａ）まで基板として機能しており、振動膜５５を全面に亘って拘束する働きをしていたものであり、このＭｇＯ基板８０が取り去られることによって、振動膜５５は拘束から解放され、引っ張る方向の力が作用することになる。
【００５０】
しかし、第１には補強用四角枠部５７が振動膜５５の周囲の部分を拘束していることによって、振動膜５５には引っ張る方向の力が作用しにくく、第２にはインク吐出エネルギー発生部本体６０の両端が円弧形状部６０ａ、６０ｂであることによって、インク吐出エネルギー発生部５６の端の個所に応力集中が起きにくく、第３には個別電極６１の両端は円弧形状部６１ａ、６１ｂであることによって、インク吐出エネルギー発生部５６の端の個所に応力集中が起きにくい。よって、振動膜５５には亀裂は発生しない。
【００５１】
最後に、図８（Ｃ）に示すように、インクジェット記録ヘッド半完成体８１の上側本体部５２ａの下面に、下側本体部５２ｂ（図４参照）を接合する。
以上によって、インクジェット記録ヘッド５０が完成する。
なお、量産時には、インクジェット記録ヘッド５０は、一枚の基板上に複数のインクジェット記録ヘッド５０が並んで作り込またインクジェット記録ヘッド集合体９０を、最後に基板を切断してインクジェット記録ヘッド集合体９０を切断して多数個取りして製造される。この場合に、図１０に示すように、補強用四角枠部５７は隣り合う補強用四角枠部５７の間に帯状の隙間９１を残して形成し、切断は符号９２で示すように、帯状の隙間９１の個所で行なう。即ち、補強用四角枠部５７の外側端より外側の位置で切断している。補強用四角枠部５７の個所で切断すると、切断時の衝撃で補強用四角枠部５７に亀裂が発生し、この亀裂が伝わって、振動膜５５に亀裂が発生してしまう虞れがある。しかし、上記のように、切断を補強用四角枠部５７から離れた部位で行なうことによって、補強用四角枠部５７に亀裂は発生せず、よって、振動膜５５に亀裂が発生してしまう虞れが回避されている。
【００５２】
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではない。即ち、本発明は補強用四角枠部５７と、端部が円弧形状とされたインク吐出エネルギー発生部本体６０及び個別電極６１とを備えた構成に限定されるものではない。
振動膜５５の亀裂防止のためには、補強用四角枠部５７とを設けただけでも効果があり、インク吐出エネルギー発生部本体６０の両端を円弧形状部６０ａ、６０ｂとしただけでも効果があり、個別電極６１の両端を円弧形状部６１ａ、６１ｂとしただけでも効果がある。
【００５３】
また、補強用四角枠部５７については、振動膜５５の亀裂防止のためには、第１の帯部５７−１と第２の帯部５７−２とだけでも効果があり、また、第３の帯部５７−３と第４の帯部５７−４とだけでも効果があり、第１の帯部５７−１と第３の帯部５７−３と第４の帯部５７−４とだけでも効果がある。
よって、本発明は上記の実施例に限定されるものではない。即ち、本発明は補強用四角枠部５７と、端部が円弧形状とされたインク吐出エネルギー発生部本体６０及び個別電極６１とを備えた構成に限定されるものではない。
【００５４】
〔第２実施例〕
第２実施例は、補強用四角枠部の変形例である。
図１１（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第２実施例になるインクジェット記録ヘッド５０Ａの構造を示す。このインクジェット記録ヘッド５０Ａは、図４、図６（Ａ）乃至（Ｃ）のインクジェット記録ヘッド５０とは、補強用四角枠部５７Ａのみが相違する。
【００５５】
補強用四角枠部５７Ａは、補強用四角枠部５７の第２の帯部５７−２が取り除かれた構成である。補強用四角枠部５７Ａは、第１の帯部５７−１と第３の帯部５７−３と第４の帯部５７−４とよりなる。
第２の帯部５７−２が無いため、図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、フレキシブルケーブル７３は、補強用四角枠部５７の上面のＰｔ膜６３と短絡する虞れなく接続される。
【００５６】
フレキシブルケーブル７３の接続は治具によって圧力を加えて行なわれる。このときの圧力が作用する場所には補強用四角枠部が存在せず、よって、圧電体製の補強用四角枠部が割れることが起きない。このため、補強用四角枠部の割れが振動膜５５の亀裂を引き起こすことが避けられる。
〔第３実施例〕
第３実施例は、インク吐出エネルギー発生部本体６０及び個別電極６１の端部の円弧形状の変形例である。
【００５７】
図１２は本発明の第３実施例になるインクジェット記録ヘッド５０Ｂの構造を示す。このインクジェット記録ヘッド５０Ｂは、インク吐出エネルギー発生部５６Ａを有する。このインク吐出エネルギー発生部５６Ａは、インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｂ及び個別電極６１Ｂとよりなる。インク吐出エネルギー発生部本体６０Ａは端が多角形状部６０Ｂａ，６０Ｂｂとなっており、個別電極６１Ｂも端が多角形状部６１Ｂａ，６１Ｂｂとなっている。
【００５８】
このように、インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｂの両端が多角形状部６０Ｂａ、６０Ｂｂであることによって、及び、個別電極６１Ｂの両端が多角形状部６１Ｂａ、６１Ｂｂであることによって、インク吐出エネルギー発生部５６Ｂの端の個所に応力集中が起きにくく、よって、振動膜５５には亀裂は発生しない。
〔第４実施例〕
第４実施例は、インク吐出エネルギー発生部本体６０及び個別電極６１の端部の円弧形状の変形例である。
【００５９】
図１３は本発明の第４実施例になるインクジェット記録ヘッド５０Ｃの構造を示す。このインクジェット記録ヘッド５０Ｃは、インク吐出エネルギー発生部５６Ｃを有する。このインク吐出エネルギー発生部５６Ｃは、インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｃ及び個別電極６１Ｃとよりなる。インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｃは端が多段形状部６０Ｃａ，６０Ｃｂとなっており、個別電極６１Ｃも端が多段形状部６１Ｃａ，６１Ｃｂとなっている。
【００６０】
このように、インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｃの両端が多段形状部６０Ｃａ、６０Ｃｂであることによって、及び、個別電極６１Ｃの両端が多段形状部６１Ｃａ、６１Ｃｂであることによって、インク吐出エネルギー発生部５６Ｃの端の個所に応力集中が起きにくく、よって、振動膜５５には亀裂は発生しない。
〔第５実施例〕
第５実施例は、インク吐出エネルギー発生部本体６０及び個別電極６１の端部の円弧形状の変形例である。
【００６１】
図１４は本発明の第４実施例になるインクジェット記録ヘッド５０Ｄの構造を示す。このインクジェット記録ヘッド５０Ｄは、インク吐出エネルギー発生部５６Ｄを有する。このインク吐出エネルギー発生部５６Ｄは、インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｄ及び個別電極６１Ｄとよりなる。インク吐出エネルギー発生部本体６０Ｄは端が角形状となっているけれども、個別電極６１Ｄは端が円弧形状部６１Ｄａ，６１Ｄｂとなっている。
【００６２】
このように、個別電極６１Ｄの両端が円弧形状部６１Ｄａ，６１Ｄｂであることによって、インク吐出エネルギー発生部５６Ｄの端の個所に応力集中が起きにくく、よって、振動膜５５には亀裂は発生しない。
なお、上記各実施例のインクジェット記録ヘッド５０〜５０Ｄを搭載して、図１に示すと同様なインクジェットプリンタ装置が構成される。
【００６３】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。請求項１記載の発明によれば、振動膜のうち、複数のインク吐出エネルギー発生部が並んで形成されているインク吐出エネルギー発生部形成領域とは異なる領域に、振動膜を補強するための圧電体製の補強用枠部が設けられている。また、前記補強用枠部は、前記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している構成としたものであるため、圧電体製の補強用枠部が、振動膜がこれに発生している応力によって縮まろうとする挙動をインク吐出エネルギー発生部形成領域全体に亘って拘束し、よって、振動膜に亀裂が発生しないように出来る。このことによって、振動膜を使用することによって低消費電力化及び高解像度化を図ることが出来ると共に、振動膜に亀裂が発生しないようにすることによってインクジェット記録ヘッドの信頼性を向上させることが出来る。さらに、各インク吐出エネルギー発生部本体を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたものであるため、応力が集中し易いインク吐出エネルギー発生部本体の端部に応力が集中しにくくなって、振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することを防止出来る。
【００６４】
請求項２の発明によれば、薄膜形成技術を用いて成膜された振動膜のうち、上記複数のインク吐出エネルギー発生部が並んで形成されているインク吐出エネルギー発生部形成領域とは異なる領域に、上記インク吐出エネルギー発生部を形成する工程時に該インク吐出エネルギー発生部と同時に形成されたものであって、振動膜を補強するための圧電体製の補強用枠部が設けてある。また、この補強用枠部がインク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している構成としたものであるため、圧電体製の補強用枠部は、振動膜がこれに発生している応力によって縮まろうとする挙動をインク吐出エネルギー発生部形成領域全体に亘って拘束し、よって、振動膜に亀裂が発生しないように出来る。このことによって、振動膜を使用することによって低消費電力化及び高解像度化を図ることが出来ると共に、振動膜に亀裂が発生しないようにすることによってインクジェット記録ヘッドの信頼性を向上させることが出来る。また、補強用枠部はインク吐出エネルギー発生部を形成するときに併せて形成されたものであり、工程の数は増えないように出来、量産に適している。
【００６５】
請求項３の発明は、補強用枠部として、インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部よりなる構成であるため、インク吐出エネルギー発生部並び方向帯部が、振動膜のうち、該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向を補強し、よって、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の長手方向の延長方向に発生することを防止出来る。
【００６６】
請求項４の発明は、補強用枠部として、インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しており、上記インク吐出エネルギー発生部の両側に位置している二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部を設けた構成であるため、インク吐出エネルギー発生部の両側に配された二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部が振動膜のうちインク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向をより強固に補強し、よって、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の長手方向の延長方向に発生することを防止出来る。
【００６７】
請求項５の発明は、補強用枠部は、インク吐出エネルギー発生部形成領域のインク吐出エネルギー発生部の並んでいる方向の端側に、インク吐出エネルギー発生部の長手方向と同じ方向に延在しており、インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部よりなる構成であるため、インク吐出エネルギー発生部長手方向帯部によって、振動膜のうち、インク吐出エネルギー発生部の長手方向を補強して、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の並び方向に発生することを防止出来る。
【００６８】
請求項６の発明は、補強用枠部が、二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部と該二つのインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部とがインク吐出エネルギー発生部形成領域を囲んで、インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続していて枠状となっている構成であるため、枠状となっている補強用枠部によって、振動膜のうち、インク吐出エネルギー発生部の全周囲を補強し、亀裂がインク吐出エネルギー発生部本体の長手方向の延長方向に発生することを防止出来る。
【００７０】
請求項７の発明は、各個別電極を、その端部の形状を、応力集中が発生しにくい形状としたものであるため、応力が集中し易いインク吐出エネルギー発生部本体の端部に応力が集中しにくくなって、振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することを防止出来る。
【００７１】
請求項８の発明は、各インク吐出エネルギー発生部本体を、その端部の形状を、応力集中が発生しにくい形状とすると共に、各個別電極を、その端部の形状を、応力集中が発生しにくい形状とした構成としたものであるため、応力が集中し易いインク吐出エネルギー発生部本体の端部に応力が集中しにくくなって、振動膜にインク吐出エネルギー発生部の端部から延びる亀裂が発生することを防止出来る。
【００７２】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドを備えてなる構成としたものであるため、振動膜への亀裂の発生が防止され、よって、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現出来る。
【００７３】
請求項１０の発明は、圧力室にインクが充填され、該圧力室の体積を変化させることでインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動素子であって、該駆動素子はターゲット基板に圧電体と振動膜とが薄膜形成技術を用いて積層形成されてなり、該圧電体は、前記圧力室の体積を変化させるエネルギーを発生させるインク吐出エネルギー発生部と、該インク吐出エネルギー発生部の周囲を囲むように連続して設けられた補強用枠部からなるものであるため、インク吐出エネルギー発生部の周囲を囲むように連続して設けられた補強用枠部がインク吐出エネルギー発生部の全周囲の部分の振動膜を補強して、振動膜への亀裂の発生が防止されたインクジェット記録ヘッドの駆動素子を実現出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なインクジェットプリンタ装置の一例の要部構成図である。
【図２】従来の一例であるインクジェット記録ヘッドの部分切截した斜視図である。
【図３】本出願人が先に案出したインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施例になるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図５】図４のインクジェット記録ヘッドが組み込まれているヘッド装置を示す図である。
【図６】図４のインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図７】図４のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図である。
【図８】図７に続く製造工程を示す図である。
【図９】図８（Ｂ）のインクジェット記録ヘッド半完成体を示す図である。
【図１０】多数個取りの場合の切断位置を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施例になるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図１２】本発明の第３実施例になるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図１３】本発明の第４実施例になるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図１４】本発明の第５実施例になるインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【符号の説明】
５０、５０Ａ〜５０Ｄ インクジェット記録ヘッド
５１ 圧力室
５２ 本体部
５３ ノズル
５５ 振動膜
５６、５６Ｂ〜５６Ｄ インク吐出エネルギー発生部
５７、５７Ａ 補強用四角枠部
５７−１〜５７−４ 連続した帯部
６０，６０Ｂ〜６０Ｄ インク吐出エネルギー発生部本体
６０ａ，６０ｂ 円弧形状部
６０Ｂａ 多角形状部
６０Ｃａ 多段形状部
６１，６１Ｂ〜６１Ｄ 個別電極
６１ａ，６１Ｄａ 円弧形状部
６１Ｂａ 多角形状部
６１Ｃａ 多段形状部
７０ インクジェット記録ヘッド装置
７３ フレキシブルケーブル
８１ インクジェット記録ヘッド半完成体
１００ 駆動素子
Claims (10)
- インクを吐出するノズルに対応して設けられており、内部にインクが充填される複数の圧力室が並んで形成されてなる本体部と、
該本体部に対応する大きさを有し、振動可能な材料により形成されており、上記本体部に上記各圧力室を覆うように固定してあり、各圧力室に対向する部分が各圧力室の一の壁面を構成する振動膜と、
前記各圧力室と対応する前記振動膜上に並んで配設されており、前記振動膜を変形することにより前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる複数のインク吐出エネルギー発生部とを有し、
各インク吐出エネルギー発生部が、圧電体製の細長い小片形状のインク吐出エネルギー発生部本体と、該インク吐出エネルギー発生部本体の上面の個別電極とよりなるインクジェット記録ヘッドにおいて、
上記振動膜のうち、上記複数のインク吐出エネルギー発生部が並んで形成されているインク吐出エネルギー発生部形成領域とは異なる領域に、上記振動膜を補強するための圧電体製の補強用枠部が前記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している構成として設けられるとともに、上記各インク吐出エネルギー発生部本体を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - インクを吐出するノズルに対応して設けられており、内部にインクが充填される複数の圧力室が並んで形成されてなる本体部と、
薄膜形成技術を用いて成膜されたものであり、該本体部に対応する大きさを有し、振動可能な材料により形成されており、上記本体部に上記各圧力室を覆うように固定してあり、各圧力室に対向する部分が各圧力室の一の壁面を構成する振動膜と、
薄膜形成技術を用いて形成されたものであり、前記各圧力室と対応する前記振動膜上に並んで配設されており、前記振動膜を変形することにより前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる複数のインク吐出エネルギー発生部とを有し、
各インク吐出エネルギー発生部が、圧電体製の細長い小片形状のインク吐出エネルギー発生部本体と、該インク吐出エネルギー発生部本体の上面の個別電極とよりなるインクジェット記録ヘッドにおいて、
上記振動膜のうち、上記複数のインク吐出エネルギー発生部が並んで形成されているインク吐出エネルギー発生部形成領域とは異なる領域に、上記インク吐出エネルギー発生部を形成する工程時に該インク吐出エネルギー発生部と同時に形成されたものであって、上記振動膜を補強するための圧電体製の補強用枠部が前記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している構成として設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部よりなる構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しており、上記インク吐出エネルギー発生部の両側に位置している二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部よりなる構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域のインク吐出エネルギー発生部の並んでいる方向の端側に、該インク吐出エネルギー発生部の長手方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しているインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部よりなる構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 上記補強用枠部は、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に沿って該インク吐出エネルギー発生部が並んでいる方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続しており、上記インク吐出エネルギー発生部の両側に位置している二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部と、且つ、インク吐出エネルギー発生部の並んでいる方向の両端の側に、該インク吐出エネルギー発生部の長手方向と同じ方向に延在しており、上記インク吐出エネルギー発生部形成領域に対応する範囲内では分断されていずに連続している二つのインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部とよりなり、
該二つのインク吐出エネルギー発生部並び方向帯部と該二つのインク吐出エネルギー発生部長手方向帯部とが該インク吐出エネルギー発生部形成領域を囲んで枠状となっている構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。 - 請求項１乃至６のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、
上記各個別電極を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 請求項１乃至６のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、
上記各インク吐出エネルギー発生部本体を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とすると共に、
上記各個別電極を、その端部の形状を、円弧形状、多角形状、多段形状のいずれかもしくは、これらを組み合わせた形状とした構成としたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 請求項１乃至８のうち何れか一項記載のインクジェット記録ヘッドを備えてなる構成としたことを特徴とするプリンタ装置。
- 圧力室にインクが充填され、該圧力室の体積を変化させることでインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動素子であって、
該駆動素子はターゲット基板に圧電体と振動膜とが薄膜形成技術を用いて積層形成されてなり、
該圧電体は、前記圧力室の体積を変化させるエネルギーを発生させるインク吐出エネルギー発生部と、該インク吐出エネルギー発生部の周囲を囲むように連続して設けられた補強用枠部からなることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動素子。
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