JP6357553B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
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(構成)
図1乃至図12は、第1の実施の形態を示す。
(インクジェットヘッドの構造)
以下、第1の実施形態のインクジェットヘッド5の構造について説明する。図1は、インクジェットヘッド5の分解斜視図、図2は、インクジェットヘッド5の圧力室プレート2の端部の平面図、図3は、図2のF3−F3線断面図を示す。
本実施形態では、長方形状の圧力室プレート2の短手方向に2列の圧力室23が並設されている。各列の圧力室23は、長手方向に複数の圧力室23が並設されている。
以下、圧力室プレート2および圧電素子7の製造工程について説明する。図6〜図10の(A)は、それぞれ図4のA−A線位置での断面図である。同様に、図6〜図10の(B)は、それぞれ図4のB−B線位置での断面図、図6〜図10の(C)は、それぞれ図4のC−C線位置での断面図である。
そのため、応力解放部26を形成していない場合と比較して、アクチュエータ8の初期変形が小さい。
以下、インクジェットヘッド5の動作について説明する。インクジェットヘッド5の動作時には、図示しない駆動回路部から下部電極71および上部電極73へ電力を供給する。このとき、圧電体72の内部に電界を発生さて圧電素子7を歪ませると、圧電素子7と振動板21との相互作用によりアクチュエータ8(圧電素子7および振動板21)が変形する。この際、振動板21の圧縮応力は応力解放部26により解放されて小さくなっているので、アクチュエータ8は座屈変形を起こさないか、もしくは座屈変形したとしてもその度合いは小さい。したがって、アクチュエータ8の座屈変形に起因する複数のアクチュエータ8間の変位特性のばらつきが抑えられる。
吐出によりインクを消費すると、その消費量に応じて、インクが、リザーバ41、インク供給路31、インク供給室25、狭窄路24を順次介して圧力室23へと供給される。
上記構成の本実施の形態のインクジェットヘッド5では、振動板21における圧力室23と対向しない領域に振動板21の圧縮応力を解放して小さくするための応力解放部26が形成されている。そのため、インクジェットヘッド5の製造時に、振動板21の圧縮応力を応力解放部26によって解放しているので、アクチュエータ8を駆動したときのアクチュエータ8の座屈変形を抑制もしくは減少させることができる。したがって、1つのインクジェットヘッド5に組み込まれている複数のアクチュエータ8間の変位特性を均一化し、インク吐出特性を均一化することができ、かつアクチュエータ8の破損を防止できるインクジェットヘッドを提供することができる。
(構成)
図13乃至図23は、第2の実施の形態を示す。本実施の形態は、第1の実施の形態(図1乃至図12参照)のインクジェットヘッド5の構造を次の通り変更した変形例である。
例えば、酸化ジルコニウム膜の場合はシリコン基板122上にジルコニウム膜をスパッタリング法で形成した後、熱酸化させることにより形成することができる。
以下、圧力室プレート102および圧電素子107の製造工程について説明する。図17〜図23の(A)は、それぞれ図15のD−D線位置での断面図である。同様に、図17〜図23の(B)は、それぞれ図15のE−E線位置での断面図である。
以下、インクジェットヘッド105の動作について説明する。インクジェットヘッド105の動作時には、図示しない駆動回路部から下部電極171および上部電極173へ電力を供給する。このとき、圧電体172の内部に電界を発生さて圧電素子107を歪ませると、圧電素子107と振動板121との相互作用によりアクチュエータ108(圧電素子107および振動板121)が変形する。この際、振動板121の圧縮応力は応力解放部126により解放されて小さくなっているので、アクチュエータ108は座屈変形を起こさないか、もしくは座屈変形したとしてもその度合いは小さい。したがって、座屈変形に起因するアクチュエータ108間の変位特性のばらつきが抑えられる。
本実施の形態では、振動板121には、圧力室123を囲むように各圧電素子107毎に細溝形状の一対のほぼ半円形状の応力解放部126が形成されている。これにより、振動板121の内部応力の一部が解放されるので、振動板121に応力解放部126を形成しない場合と比較して振動板121の内部応力が小さくなる。したがって、振動板121の圧縮応力を解放し、アクチュエータ108を駆動したときのアクチュエータ108の座屈変形を抑制もしくは減少させることができる。これにより、複数のアクチュエータ108間の変位特性を均一化し、インク吐出特性を均一化することができ、かつアクチュエータ108の破損を防止できるインクジェットヘッド105を提供することができる。
その後、シリコン基板122の一方の端面と反対の他方の端面側からシリコン基板122をエッチングによってシリコン基板122の内部に圧力室123を作成する。このとき、振動板121の圧縮応力を応力解放部126により解放し、アクチュエータ108を駆動したときのアクチュエータ108の座屈変形を抑制もしくは減少させることにより、アクチュエータ108間の変位特性を均一化し、インク吐出特性を均一化することができる。
また、アクチュエータ108の座屈変形を抑制もしくは減少させることによりアクチュエータ108の破損を防止することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供することができる。
(構成)
図24(A)は、第1の実施の形態(図1乃至図12参照)の第1の変形例である。第1の実施形態では、応力解放部126の形成時には、振動板21に貫通穴26aを形成し、応力解放部(除去部)26の底面からシリコン基板22の表面が露出する構成を示した。本変形例は、これに替えて、振動板21をハーフエッチングすることで、図24(A)に示すように振動板21に非貫通の凹部226aを形成して振動板21の一部を除去した応力解放部226(除去部)を形成したものである。この場合は、応力解放部226の底面からシリコン基板22の表面が露出しないようにすることができる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]基板上の振動板と、圧電体と導電膜との積層体からなる圧電素子と、前記振動板上に前記圧電素子が積層されてなるアクチュエータと、前記圧電素子に対応する圧力室と、前記導電膜から前記基板上に延設され、前記アクチュエータを駆動する駆動回路部との接続端子に接続される配線と、前記振動板上における前記圧力室と対向しない領域に形成され、前記振動板の圧縮応力を解放して小さくするための応力解放部と、を有するインクジェットヘッド。
[2]前記応力解放部は、前記振動板に貫通穴、または非貫通の凹部のいずれかを形成して前記振動板の一部を除去した除去部を有する[1]に記載のインクジェットヘッド。
[3]前記振動板および前記圧電素子を貫通するノズルを有する[1]または[2]に記載のインクジェットヘッド。
[4]前記除去部は、配線が形成されていない[2]に記載のインクジェットヘッド。
[5]前記除去部は、前記振動板の断面が前記振動板の板面と直交する方向に対して関貫通穴の外側の開口端部側が前記貫通穴の内側の開口端部側よりも幅広に拡開するテーパ形状、または非貫通の前記凹部の開口端部側が前記凹部の底部側よりも幅広に拡開するテーパ形状となっている[2]に記載のインクジェットヘッド。
[6]シリコン基板の一方の端面に振動板を形成したのち、前記シリコン基板の内部に形成される予定の圧力室と対向しない領域に貫通穴、または非貫通の凹部のいずれかを形成して前記振動板の一部を除去した応力解放部を形成することと、前記振動板の前記応力解放部の形成後に前記振動板に下部電極と圧電膜と上部電極とを順に積層して圧電素子を成膜することと、前記シリコン基板の前記一方の端面と反対の他方の端面側から前記シリコン基板をエッチングによって前記シリコン基板の内部に前記圧力室を作成することと、を有するインクジェットヘッドの製造方法。
Claims (4)
- 基板上の振動板と、
圧電体と導電膜との積層体からなる圧電素子と、
前記振動板上に前記圧電素子が積層されてなるアクチュエータと、
前記振動板に覆われるとともに前記圧電素子に対応する圧力室を構成する基板と、
前記導電膜から前記基板上に延設され、前記アクチュエータを駆動する駆動回路部との接続端子に接続される配線と、
前記振動板上に、前記圧力室を囲むように溝形状に形成され、かつ前記溝形状部分に充填剤が充填され、前記振動板の圧縮応力を解放して小さくする応力解放部と、
を有するインクジェットヘッド。 - 前記圧力室は、円筒形である請求項1に記載のインクジェットヘッド。
- 前記応力解放部は、前記配線が位置する部分を除いて形成される請求項1または2に記載のインクジェットヘッド。
- 前記振動板および前記圧電素子を貫通するノズルを有する請求項1乃至3のいずれか1つに記載のインクジェットヘッド。
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