JP4340048B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に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】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室が形成される流路形成基板に、各圧力発生室の長手方向一端部に連通し圧力発生室よりも浅い深さのインク供給路が設けられる。そして、このインク供給路で流路抵抗を規制し、各圧力発生室に一定の流量でインクが供給されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインク供給路は、一般的に、流路形成基板をハーフエッチングすることによって形成されるが、ハーフエッチングによる深さの制御は難しく、各インクジェット式記録ヘッドのインク供給路の深さにばらつきが生じてしまう。すなわち、インク供給路の流路抵抗にばらつきが生じるため、各インクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性が安定しないという問題がある。
【０００８】
なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、安定した液滴吐出特性が得られ信頼性を向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【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が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側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具備する液体噴射ヘッドにおいて、前記圧力発生室と同一の深さを有すると共に前記圧力発生室の長手方向一端部に連通して当該圧力発生室に液体を供給する液体供給路が前記流路形成基板に設けられ、且つ前記圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部が前記液体供給路側の一端部が前記圧力発生室に対向する領域内に設けられ、前記液体供給路に対向する領域の前記振動板上に前記圧電体層を有すると共に前記下電極及び前記上電極の少なくとも一方が電気的に不連続又は除去されて実質的に駆動されない圧電体非能動部を含む補強膜を有すると共に該補強膜と前記振動板との全体の内部応力が引張り応力となっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１１】
かかる第１の態様では、液体供給路を比較的高精度に形成することができ、液体供給路の流路抵抗のばらつきを防止できる。また、補強膜によって液体供給路上の振動板の剛性が増加するため、製造プロセス中又は圧電素子の駆動によって振動板に亀裂等の破壊が発生するのを防止できる。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記圧力発生室及び前記液体供給路が前記流路形成基板を貫通して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１３】
かかる第２の態様では、液体供給路を容易且つ高精度に形成することができる。
【００１４】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記補強膜が、前記圧電体能動部から連続する圧電体層を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１５】
かかる第３の態様では、補強膜を比較的容易に形成することができ、且つ液体供給路に対向する領域の振動板の破壊を確実に防止できる。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記補強膜が、前記圧電素子を構成する下電極と同一膜からなり且つ当該下電極とは不連続の不連続下電極膜を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１７】
かかる第４の態様では、液体供給路に対向する領域の振動板の破壊をより確実に防止できる。
【００１８】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記補強膜が、前記上電極から周壁上に延設される配線電極を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１９】
かかる第５の態様では、液体供給路に対向する領域の振動板の破壊をより確実に防止できる。
【００２０】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記補強膜が、酸化ジルコニウム層を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２１】
かかる第６の態様では、液体供給路に対向する領域の振動板の破壊をより確実に防止できる。
【００２２】
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記酸化ジルコニウム層が、前記振動板の一部を兼ねることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２３】
かかる第７の態様では、酸化ジルコニウム層を比較的容易に形成できると共に振動板全体の剛性が向上して振動板の破壊がより確実に防止される。
【００２４】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記圧力発生室及び前記液体供給路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液体噴射ヘッドにある。
【００２５】
かかる第８の態様では、比較的容易に圧力発生室及び液体供給路を高精度且つ高密度に形成することができる。
【００２６】
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
【００２７】
かかる第９の態様では、ヘッドの液滴吐出特性が安定し、信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００２８】
【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。
【００２９】
（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は圧電素子の構造を示す平面図であり、図３は図１の断面図である。
【００３０】
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り、流路形成基板１０には、その一方の面から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１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度の密度で並設されている。また、圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０のリザーバ部３１に貫通孔５１を介して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液体供給路であるインク供給路１４を介して連通されている。
【００３１】
また、この流路形成基板１０の他方の面には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００３２】
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（１１１）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１／１８０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。
【００３３】
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。また、圧力発生室１２及び連通部１３は、流路形成基板１０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。
【００３４】
さらに、本実施形態では、各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４も圧力発生室１２と同一の深さ、すなわち、流路形成基板１０をほぼ貫通して設けられている。また、インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅を有し、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗をほぼ一定に保持している。
【００３５】
また、このインク供給路１４の幅及び長さは、圧力発生室１２の容積、ノズル開口２１の抵抗等を考慮して適宜決定されればよい。本実施形態では、流路形成基板１０の厚さが２２０μｍ程度であり、圧力発生室１２の幅を約６５μｍとし、長さを約１０００μｍとしたのに対し、インク供給路１４の幅を約２０μｍとし、長さ約１５０μｍとした。
【００３６】
このように本実施形態では、インク供給路１４を所定の幅で流路形成基板１０をほぼ貫通して形成するようにしたので、エッチングによってインク供給路１４の大きさを高精度に制御することができ、流路抵抗のばらつきを抑えることができる。したがって、各インクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性のばらつきを抑えることができる。
【００３７】
なお、このような圧力発生室１２及びインク供給路１４等が形成される流路形成基板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ことが好ましい。例えば、本実施形態のように、１８０ｄｐｉ程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、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程度と比較的高密度に圧力発生室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１２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。なお、この場合、例えば、インク供給路の幅は２６μｍ程度とし、長さは２５０μｍ程度とするのが好ましい。
【００３８】
また、この流路形成基板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、０．０５〜１ｍｍ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、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。
【００３９】
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０．５〜３μｍ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。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極膜６０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。
【００４０】
また、上電極膜８０は、圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の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。
【００４１】
さらに、インク供給路１４に対向する領域の弾性膜５０上には、インク供給路１４よりも広い幅を有する補強膜１００が設けられ、且つこの補強膜１００と弾性膜５０との全体の内部応力は引張り応力となっている。例えば、本実施形態の補強膜１００は圧電素子３００を構成する膜で形成することにより、全体の内部応力が引張り応力とした。
【００４２】
すなわち、圧電素子３００は、圧力発生室１２に対向する領域に設けられて実質的な駆動部である圧電体能動部３２０と、この圧電体能動部３２０と連続する圧電体層７０を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部３３０とからなり、この圧電体非能動部３３０が補強膜１００となっている。例えば、本実施形態では、下電極膜６０が圧力発生室１２の長手方向一端部近傍でパターニングされ、圧電体層７０及び上電極膜８０が、圧力発生室１２に対向する領域からインク供給路１４に対向する領域まで延設されて補強膜１００（圧電体非能動部３３０）が形成されている。
【００４３】
このように本実施形態では、インク供給路１４に対向する領域に補強膜１００を設け、且つこの補強膜１００と弾性膜５０との全体の内部応力が引張り応力となるようにしたので、製造プロセス中、あるいは圧電素子３００の駆動時等に、インク供給路１４に対向する領域の弾性膜５０の破壊を防止することができる。したがって、流路抵抗を高精度に制御でき、インク吐出特性の安定したインクジェット式記録ヘッドを比較的容易に量産することができる。
【００４４】
また、このような補強膜１００及び弾性膜５０の全体の内部応力が引張り応力となっているため、これらの内部応力によって弾性膜５０に亀裂等の破壊が発生することがない。一方、補強膜１００及び弾性膜５０の全体の内部応力が圧縮応力となっている場合には、これらの内部応力によって弾性膜５０が挫屈して亀裂等の破壊が発生する虞がある。
【００４５】
なお、本実施形態では、補強膜１００が圧電体層７０及び上電極膜８０で構成されている例を説明したが、これに限定されず、例えば、図４に示すように、インク供給路１４に対向する領域に圧電体能動部３２０を構成する下電極膜６０とは不連続の不連続下電極膜６１を残留させ、補強膜１００が、圧電体層７０及び上電極膜８０と共に、この不連続下電極膜６１を含むようにしてもよい。何れにしても、補強膜１００が圧電体非能動部３３０で構成され、且つ全体の内部応力が引張り応力となっていればよい。
【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、圧電素子３００等を形成するプロセスを図５及び図６を参照しながら説明する。
【００４７】
図５（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１１００℃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５（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。なお、本実施形態では、連通部１３が形成される領域に、圧電素子３００を構成する下電極膜６０とは不連続の不連続下電極膜６１を残すようにした。
【００４９】
この下電極膜６０の材料としては、白金（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、ＰｂＯの拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【００５０】
次に、図５（ｃ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。この圧電体層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層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いている。圧電体層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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
次に、図５（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。
【００５４】
次いで、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０をエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。すなわち、圧力発生室１２に対向する領域に圧電体能動部３２０を形成すると共に、インク供給路１４に対向する領域に圧電体非能動部３３０（補強膜１００）を形成する。なお、本実施形態では、圧電体層７０及び上電極膜８０は不連続下電極膜６１上まで延設するようにした。
【００５５】
次いで、図６（ｂ）に示すように、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。
【００５６】
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６（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を同時に形成すると共に、連通部１３に対向する領域の弾性膜５０、不連続下電極膜６１、圧電体層７０及び上電極膜８０を除去して貫通孔５１を形成する。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、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。
【００６０】
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のポリフェニレンサルファイド（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（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１１０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。
【００６１】
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。
【００６２】
一方、リザーバ形成基板３０の圧電素子３００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が設けられている。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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
本実施形態は、図７に示すように、補強膜１００がリード電極９０と同一層からなる配線電極層９１を含むようにした例である。すなわち、本実施形態では、リード電極９０をパターニングする際に、圧電体非能動部３３０を覆うように配線電極層９１を残すようにした以外、実施形態１と同様である。なお、本実施形態のように補強膜１００が配線電極層９１を含む場合にも、勿論、弾性膜５０及び補強膜１００の全体の内部応力は引張り応力となっている。
【００６６】
このように、補強膜１００を圧電体非能動部３３０と配線電極層９１とで構成することにより、インク供給路に対向する領域に設けられる弾性膜５０の剛性がさらに向上し、圧電素子の駆動時等に弾性膜５０に亀裂等の破壊が発生するのを確実に防止することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍から弾性膜５０上に延設したリード電極９０を介して上電極膜８０と図示しない外部配線と接続するようにしたが、勿論、圧電体非能動部３３０を覆って設けた配線電極層９１を介して上電極膜８０と外部配線とを接続するようにしてもよい。
【００６８】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、勿論、これらの実施形態に限定されるものではない。
【００６９】
例えば、上述した実施形態では、酸化シリコンからなる弾性膜５０上に圧電素子３００を形成した例を説明したが、これに限定されず、例えば、図８に示すように、弾性膜５０上の全面に亘って、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等からなる第２の弾性膜５５を設け、この第２の弾性膜５５上に圧電素子３００を形成するようにしてもよい。勿論、この第２の弾性膜５５は、インク供給路１４に対向する領域のみに設けるようにしてもよい。
【００７０】
これにより、インク供給路１４に対向する領域の弾性膜５０の剛性がさらに向上するため、圧電素子３００の駆動時等に、弾性膜５０に亀裂等の破壊が生じるのを防止することができる。
【００７１】
また、例えば、上述した実施形態では、補強膜１００が圧電体非能動部３３０を含むが、勿論、補強膜は、圧電素子３００とは異なる層で構成されていてもよい。何れにしても、補強膜がインク供給路に対向する領域を覆って設けられ、且つ弾性膜及び補強膜の全体の内部応力が引張り応力となっていればよい。
【００７２】
さらに、上述した実施形態では、圧力発生室及びインク供給路が流路形成基板を貫通して設けられた構造について説明したが、勿論、圧力発生室及びインク供給路は、流路形成基板を貫通することなく形成されていてもよい。何れにしても、インク供給路の深さを圧力発生室と同一とすることにより、インク供給路の流路抵抗を比較的高精度に制御することができる。
【００７３】
また、例えば、上述した各実施形態は、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、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層を形成するもの、又は水熱法等の結晶成長により圧電体層を形成するもの等、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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモータの駆動力により回転できるようになっており、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上を搬送されるようになっている。
【００７８】
また、上述の実施形態１及び２では、液体噴射ヘッドとして、印刷媒体に所定の画像や文字を印刷するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、勿論、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等、他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、圧力発生室と同一の深さを有する液体供給路を流路形成基板に設けるようにしたので、特に、流路形成基板を貫通して圧力発生室及び液体供給路を形成することにより、液体供給路を高精度に形成することができ、流路抵抗のばらつきを防止することができる。したがって、液滴吐出特性の安定した液体噴射ヘッドを比較的容易に量産することができる。
【００８０】
また、液体供給路に対向する領域の振動板上に補強膜を設けると共に、この補強膜と振動板との内部応力が引張り応力となるようにしたので、製造プロセス中あるいは圧電素子の駆動時等に液体供給路に対向する領域の振動板に亀裂等の破壊が発生するの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圧電素子の構造を示す平面図である。
【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他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１の製造工程を示す断面図である。
【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断面図である。
【図８】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
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
５０ 弾性膜
６０ 下電極膜
６１ 不連続下電極膜
７０ 圧電体層
８０ 上電極膜
９０ リード電極
９１ 配線電極層
１００ 補強膜
３００ 圧電素子
３２０ 圧電体能動部
３３０ 圧電体非能動部

Claims (9)

  1. ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側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具備する液体噴射ヘッドにおいて、
    前記圧力発生室と同一の深さを有すると共に前記圧力発生室の長手方向一端部に連通して当該圧力発生室に液体を供給する液体供給路が前記流路形成基板に設けられ、且つ前記圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部が前記液体供給路側の一端部が前記圧力発生室に対向する領域内に設けられ、前記液体供給路に対向する領域の前記振動板上に前記圧電体層を有すると共に前記下電極及び前記上電極の少なくとも一方が電気的に不連続又は除去されて実質的に駆動されない圧電体非能動部を含む補強膜を有すると共に該補強膜と前記振動板との全体の内部応力が引張り応力となっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
  2. 前記圧力発生室及び前記液体供給路が前記流路形成基板を貫通して設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
  3. 前記補強膜が、前記圧電体能動部から連続する圧電体層を有することを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
  4. 前記補強膜が、前記圧電素子を構成する下電極と同一膜からなり且つ当該下電極とは不連続の不連続下電極膜を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
  5. 前記補強膜が、前記上電極から周壁上に延設される配線電極を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
  6. 前記補強膜が、酸化ジルコニウム層を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
  7. 前記酸化ジルコニウム層が、前記振動板の一部を兼ねることを特徴とする請求項６記載の液体噴射ヘッド。
  8. 前記圧力発生室及び前記液体供給路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請求項１〜７の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
  9. 請求項１〜８の何れかに記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
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