JPH11138802A

JPH11138802A - インクジェット式記録ヘッド

Info

Publication number: JPH11138802A
Application number: JP30457797A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Shimada; 勝人島田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電体能動部３２０の変位量の低下を抑え、
且つ耐久性を維持できるインクジェット式記録ヘッドを
提供する。【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２の
一部を構成し、少なくとも上面が下電極６０として作用
する振動板５０と、該振動板５０の表面に形成された圧
電体層７０及び該圧電体層７０の表面に形成された上電
極８０からなる圧電体能動部３２０とからなる圧電振動
子を備え、前記圧力発生室１２に対向する領域に、前記
圧電体能動部３２０へ電圧を印加するためのリード電極
１００と当該圧電体能動部３２０との接続部となるコン
タクト部９０ａが設けられているインクジェット式記録
ヘッドにおいて、前記コンタクト部９０ａの面積Ｓ_ｃｈ
と、前記上電極８０の面積Ｓ_ｔｅとのＳ_ｃｈ／Ｓ
_ｔｅが、0.00001＜Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅ＜0.1の範囲にあるよ
うにした。

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体層を形成して、圧電体
層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
電振動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、圧電振動子が軸方向に伸長、収縮す
る縦振動モードの圧電振動子を使用したものと、たわみ
振動モードの圧電振動子を使用したものの２種類が実用
化されている。

【０００３】前者は圧電振動子の端面を弾性板に当接さ
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、圧電振動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
た圧電振動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振動子を
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振動子を形成したものが提案
されている。

【０００６】これによれば圧電振動子を弾性板に貼付け
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振動子を作り付けることができる
ばかりでなく、圧電振動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、圧電材料層は弾性板の表
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
電振動子を駆動することができるが、単位駆動電圧当た
りの変位量およ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
体層および上電極からなる圧電体能動部を、少なくとも
一端部以外は圧力発生室外に出ないように形成するのが
望ましい。

【０００８】さらに、このようなたわみモードの圧電振
動子を使用した記録ヘッドでは、一般には、各圧力発生
室に対応する圧電振動子は絶縁体層で覆われ、この絶縁
体層には各圧電振動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に窓（以下、コン
タクトホールという）が各圧力発生室に対応して設けら
れており、各圧電振動子とリード電極の接続部がコンタ
クトホール内に形成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上電極
の面積に対して、コンタクトホールの面積を相対的に大
きく形成すると、耐久性が得られるものの、圧電体能動
部の変位量を稼ぐことができないという問題がある。こ
れは、駆動時のコンタクトホール部の電流密度が比較的
小さくてすむが、圧電体能動部の剛性が大きくなってし
まうからである。一方、上電極の面積に対して、コンタ
クトホールの面積を相対的に小さく形成すると、圧電体
能動部の変位量を稼ぐことはできるが、コンタクトホー
ルでの電流密度が大きくなり、コンタクトホールが破壊
されたり、過電流によるマイグレーションに起因して圧
電体層が絶縁破壊を起こし、耐久性に欠けるといる問題
がある。

【００１０】また、これらの問題は、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、圧電振
動子を貼付したものに比較して剛性が低く、また、圧電
特性が低いからである。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑み、圧電体能
動部の変位量の低下を抑え、且つ耐久性を維持できるイ
ンクジェット式記録ヘッド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】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の一部を構成し、少な
くとも上面が下電極として作用する振動板と、該振動板
の表面に形成された圧電体層及び該圧電体層の表面に形
成された上電極からなる圧電体能動部とからなる圧電振
動子を備え、前記圧力発生室に対向する領域に、前記圧
電体能動部へ電圧を印加するためのリード電極と当該圧
電体能動部との接続部となるコンタクト部が設けられて
いるインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記コンタ
クト部の面積Ｓ_ｃｈと、前記上電極の面積Ｓ_ｔｅとの比
Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが、0.00001＜Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅ＜0.1の範
囲に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。

【００１３】かかる第１の態様では、圧電体能動部の変
位量の低下が抑えられ、且つ耐久性が維持される。

【００１４】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記圧電体能動部の上面には絶縁体層が形成され、
前記コンタクト部は当該絶縁体層に形成されたコンタク
トホール内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。

【００１５】かかる第２の態様では、コンタクトホール
部での破壊等が防止され、耐久性が維持される。

【００１６】本発明の第３の態様は、第１または２の態
様において、前記比Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが、0.00008＜Ｓ
_ｃｈ／Ｓ_ｔｅ＜0.05の範囲に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。

【００１７】かかる第３の態様では、圧電体能動部の変
位量の低下が、さらに抑えられ、且つ耐久性が維持され
る。

【００１８】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記比Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが、0.00016＜Ｓ_ｃｈ／Ｓ
_ｔｅ＜0.02の範囲に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。

【００１９】かかる第４の態様では、圧電体能動部の変
位量の低下が、さらに抑えられ、且つ耐久性が維持され
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、前記圧電振動子の
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、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。

【００２２】

【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。

【００２３】（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組立斜視図
であり、図２は、平面図及びその１つの圧力発生室の長
手方向における断面構造を示す図である。

【００２４】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。

【００２５】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０．１〜２μｍの弾性膜５０が形成
されている。

【００２６】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、
ノズル開口１１、圧力発生室１２が形成されている。

【００２７】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）と約３５度の角度をなす第２の（１１
１）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１／１８
０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。

【００２８】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。なお、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。

【００２９】一方、各圧力発生室１２の一端に連通する
各ノズル開口１１は、圧力発生室１２より幅狭で且つ浅
く形成されている。すなわち、ノズル開口１１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。

【００３０】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１１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１１は数十μｍの溝幅で精度よく形成する必要
がある。

【００３１】また、各圧力発生室１２と後述する共通イ
ンク室３１とは、後述する封止板２０の各圧力発生室１
２の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク
供給連通口２１を介して連通されており、インクはこの
インク供給連通口２１を介して共通インク室３１から供
給され、各圧力発生室１２に分配される。

【００３２】封止板２０は、前述の各圧力発生室１２に
対応したインク供給連通口２１が穿設された、厚さが例
えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下
で、例えば２．５〜４．５［×１０^−６／℃］であるガ
ラスセラミックスからなる。なお、インク供給連通口２
１は、各圧力発生室１２のインク供給側端部の近傍を横
断する一つのスリット孔でも、あるいは複数のスリット
孔であってもよい。封止板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、
封止板２０は、他面で共通インク室３１の一壁面を構成
する。

【００３３】共通インク室形成基板３０は、共通インク
室３１の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、イ
ンク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を
打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共
通インク室形成基板３０の厚さは、０．２ｍｍとしてい
る。

【００３４】インク室側板４０は、ステンレス基板から
なり、一方の面で共通インク室３１の一壁面を構成する
ものである。また、インク室側板４０には、他方の面の
一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成するこ
とにより薄肉壁４１が形成され、さらに、外部からのイ
ンク供給を受けるインク導入口４２が打抜き形成されて
いる。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生す
るノズル開口１１と反対側へ向かう圧力を吸収するため
のもので、他の圧力発生室１２に、共通インク室３１を
経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
本実施形態では、インク導入口４２と外部のインク供給
手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側
板４０を０．２ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍ
の薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄
肉壁４１の形成を省略するために、インク室側板４０の
厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。

【００３５】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０．５μｍ
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、圧電振動子
（圧電素子）を構成している。このように、弾性膜５０
の各圧力発生室１２に対向する領域には、各圧力発生室
１２毎に独立して圧電振動子が設けられているが、本実
施形態では、下電極膜６０は圧電振動子の共通電極と
し、上電極膜８０を圧電振動子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。また、本実施形態では、圧電体膜７０を各圧力発生
室１２に対応して個別に設けたが、圧電体膜を全体に設
け、上電極膜８０を各圧力発生室１２に対応するように
個別に設けてもよい。何れの場合においても、各圧力発
生室１２毎に圧力能動部が形成されていることになる。

【００３６】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、圧電体膜７０等を形成するプロセス
を図３を参照しながら説明する。

【００３７】図３（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。

【００３８】次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタ
リングで下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料
としては、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膜７０は、成
膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１００
０℃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７０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、圧電体膜７０として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Ｐｔが好適である。

【００３９】次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体膜
７０を成膜する。この圧電体膜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
からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を
用いている。圧電体膜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。

【００４０】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、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ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、Ｐ
ｔをスパッタリングにより成膜している。

【００４１】次に、図４に示すように、下電極膜６０、
圧電体膜７０及び上電極膜８０をパターニングする。

【００４２】まず、図４（ａ）に示すように、下電極膜
６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を一緒にエッチン
グして下電極膜６０の全体パターンをパターニングす
る。次いで、図４（ｂ）に示すように、圧電体膜７０及
び上電極膜８０のみをエッチングして圧電体能動部３２
０のパターニングを行う。次に、図４（ｃ）に示すよう
に、各圧力発生室１２（図４では圧力発生室１２は形成
前であるが、破線で示す）の幅方向両側に対向した領域
である圧電体能動部３２０の両側の振動板の腕に相当す
る部分の下電極膜６０を除去することにより、下電極膜
除去部３５０を形成する。このように下電極膜除去部３
５０を設けることにより、圧電体能動部３２０への電圧
印加による変位量の向上を図るものである。

【００４３】なお、下電極除去部３５０は、下電極膜６
０を完全に除去せずに、厚さを薄くしたものでもよい。
また、圧電体能動部３２０の腕部に相当する部分に下電
極除去部３５０を形成しているが、これに限定されず、
例えば、圧電体能動部３２０の両端部よりも長手方向外
側まで形成するようにしてもよいし、圧力発生室１２の
周縁部ほぼ全体に亘って形成してもよい。勿論、この下
電極除去部３５０は、必ずしも設ける必要はない。

【００４４】以上のように、下電極膜６０等をパターニ
ングした後には、好ましくは、各上電極膜８０の上面の
少なくとも周縁、及び圧電体膜７０および下電極膜６０
の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層９０を
形成する（図１参照）。

【００４５】そして、絶縁体層９０の各圧電体能動部３
２０の一端部に対応する部分の上面を覆う部分の一部に
は、コンタクトホール９０ａが形成されている。そし
て、このコンタクトホール９０ａを介して各上電極膜８
０に一端が接続し、また他端が接続端子部に延びるリー
ド電極１００が形成されている。

【００４６】このような絶縁体層及びリード電極の形成
プロセスを図５に示す。

【００４７】まず、図５（ａ）に示すように、上電極膜
８０の周縁部、圧電体膜７０および下電極膜６０の側面
を覆うように絶縁体層９０を形成する。この絶縁体層９
０は、本実施形態ではネガ型の感光性ポリイミドを用い
ている。

【００４８】次に、図５（ｂ）に示すように、絶縁体層
９０をパターニングすることにより、各圧力発生室１２
のインク供給側の端部近傍に対応する部分にコンタクト
ホール９０ａを形成する。なお、コンタクトホール９０
ａは、圧力発生室１２の圧電体能動部３２０に対応する
部分に設ければよく、例えば、中央部やノズル側端部に
設けてもよい。

【００４９】次に、例えば、Ｃｒ−Ａｕなどの導電体を
全面に成膜した後、パターニングすることにより、リー
ド電極１００を形成する。

【００５０】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、図５（ｃ）に示すように、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、圧力発生室１２等を形成する。

【００５１】図６は、上述のように形成されたインクジ
ェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。

【００５２】図６に示すように、圧電体膜７０および上
電極膜８０からなる圧電体能動部３２０は、圧力発生室
１２に対向する領域内に設けられ、上電極膜８０上に
は、絶縁体層９０を介してリード電極１００が形成さ
れ、上電極膜８０とリード電極１００とが、絶縁体層９
０に形成されたコンタクトホール９０ａで接続されてい
る。

【００５３】このように形成されたインクジェット式記
録ヘッドでは、上電極膜８０に対するコンタクトホール
９０ａの面積の大きさにより、変位量及び耐久性が変化
する。この関係を図７に示す。なお、「Ｓ_ｃｈ／
Ｓ_ｔｅ」とは、上電極膜の面積Ｓ_ｔｅに対するコンタク
トホールの面積Ｓ_ｃｈの比である。また、縦軸の寿命の
数値は、圧電体能動部の駆動回数であり、インク量の数
値は、Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが1E-06のときのインク量を基準
とした割合である。ここで、インク量とは、変位量の大
小の尺度として用いるインク吐出量であり、変位量が大
きいほどインク量が大きい関係になる。なお、変位量の
尺度として、他のファクタを用いてもよいことは言うま
でもない。

【００５４】図７に示すように、基本的に、インク量
は、Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが大きくなるにつれて、すなわちコ
ンタクトホールが相対的に大きくなるにつれて、減少す
る傾向にある。一方、寿命は、Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが小さく
なるにつれて、すなわち、コンタクトホールが相対的に
小さくなるにつれて、短くなる傾向にある。また、特
に、Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが、0.1以上になると、インク重量
は大幅に低下し、また、Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが0.00001以下
になると、寿命が大幅に低下することが分かる。

【００５５】すなわち、上電極膜８０の面積に対するコ
ンタクトホール９０ａの面積の比を0.00001＜Ｓ_ｃｈ／
Ｓ_ｔｅ＜0.1にすることで、インク吐出量の低下が抑え
られ、且つ寿命の低下も抑えられるインクジェット式記
録ヘッドを実現することができる。さらに、0.00008＜
Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅ＜0.05とすることで、インク重量をおよ
そ60％程度に維持でき、且つ耐久性の低下もさらに抑え
ることができる。同様に、0.00016＜Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅ＜
0.02とすることにより、インク重量をおよそ80％程度維
持でき、且つ寿命の低下がほとんどないインクジェット
式記録ヘッドを実現することができる。

【００５６】したがって、上電極膜８０の面積Ｓ_ｔｅに
対するコンタクトホール９０ａの面積Ｓ_ｃｈの比Ｓ_ｃｈ
／Ｓ_ｔｅは、0.00001＜Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅ＜0.1であること
が好ましく、さらに好ましくは、0.00008＜Ｓ_ｃｈ／Ｓ
_ｔｅ＜0.05であり、最も好ましくは、0.00016＜Ｓ_ｃｈ
／Ｓ_ｔｅ＜0.02である。本実施形態では、上電極膜８０
の面積Ｓ_ｔｅを0.02〜0.05ｍｍ^２、これに対し、コンタ
クトホール９０ａの面積Ｓ_ｃｈを0.00000002〜0.01ｍｍ
^２で形成し、上電極膜８０の面積Ｓ_ｔｅとコンタクトホ
ール９０ａの面積Ｓ_ｃｈとの比Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅを0.0000
01〜0.2とした。

【００５７】上述のように、上電極膜８０の面積とコン
タクトホール９０ａの面積の比Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが0.0000
1＜Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅ＜0.1であるように形成することによ
り、圧電体能動部の変位量の低下を抑え、且つ繰り返し
駆動に対する耐久性を維持することができる。

【００５８】また、本実施形態では、圧電体膜７０及び
上電極膜８０を圧力発生室１２に対向する領域内に形成
したが、これに限定されず、例えば、図８に示すよう
に、圧電体膜７０を圧力発生室１２の長手方向端部の側
壁に対向する領域まで延設し、上電極膜８０のみを圧力
発生室１２に対向する領域内にパターニングしてもよ
い。この場合にも、圧力発生室１２に対向する領域に圧
電体能動部３２０が形成され、圧力発生室１２の端部及
び側壁に対向する領域には、実質的に駆動しない圧電体
非能動部３３０が形成される。

【００５９】このようなインクジェット式記録ヘッドで
は、上述の一連の膜形成及び異方性エッチングで、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各流路形
成基板１０に分割する。また、分割した流路形成基板１
０を、封止板２０、共通インク室形成基板３０、及びイ
ンク室側板４０と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。

【００６０】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４２からインクを取り込み、共通インク室３
１からノズル開口１１に至るまで内部をインクで満たし
後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、
リード電極１００を介して下電極膜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、圧力発生
室１２内の圧力が高まりノズル開口１１からインク滴が
吐出する。

【００６１】（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。

【００６２】例えば、上述した封止板２０の他、共通イ
ンク室形成板３０をガラスセラミックス製としてもよ
く、さらには、薄肉膜４１を別部材としてガラスセラミ
ックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由であ
る。

【００６３】また、上述した実施形態では、ノズル開口
を流路形成基板１０の端面に形成しているが、面に垂直
な方向に突出するノズル開口を形成してもよい。

【００６４】また、流路形成基板をシリコン単結晶基板
で形成した例を示したが、例えば、セラミックスで形成
してもよい。

【００６５】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図９、その流路の断面を図１０にぞれぞれ示す。

【００６６】この実施形態では、流路形成基板２１０
と、これに接合される封止板２２０、共通インク室形成
板２３０、薄肉板２４１，インク室側板２４０、及びノ
ズル基板２５０、並びに、流路形成基板２１０の封止板
とは反対側に設けられる弾性膜２１５をセラミックスか
ら形成した。また、ノズル開口１１は、圧電振動子とは
反対のノズル基板１２０に穿設され、これらノズル開口
２１１と圧力発生室１２Ａとを連通するノズル連通口２
２２が、封止板２２０，共通インク室形成板２３０及び
薄肉板２４１及びインク室側板２４０を貫通するように
配されている。さらに、本実施形態は、その他、薄肉板
２４１とインク室側板２４０とを別部材とし、インク室
側板２４０に開口２４０ａを形成してある。なお、これ
以外の圧電振動子等の基本構造は、上述した実施形態と
同様である。

【００６７】本実施形態では、圧力発生室１２Ａが形成
される流路形成基板２１０と、この流路形成基板２１０
の一方面に設けられて圧力発生室１２Ａを塞ぐ弾性膜２
１５と、流路形成基板２１０の他方面に設けられる封止
板２２０と、共通インク室形成板２３０と、薄肉板２４
１と、インク室側板２４０と、ノズル基板２５０とは、
セラミックスによる一体成形により形成される。具体的
には、常法により、セラミックス原料、バインダ及び溶
剤から調製されるスラリーから各部材の材料となるグリ
ーンシートを作製し、各グリーンシートを加工すること
により、各部材の前駆体を作製し、これらを積層し、焼
成することにより一体成形物を製造する。

【００６８】なお、流路形成基板２１０には、圧力発生
室１２Ａが形成され、封止板２２０には、インク供給連
通口２２１、ノズル連通口２２２、及びインク導入口２
２３が形成され、共通インク室形成基板２３０には、イ
ンク供給連通口２２１を介して各圧力発生室１２Ａに連
通する共通インク室２３１と、インク供給連通口２２２
とが形成され、薄肉板２４１にはノズル連通口２２２が
形成され、インク室側板２４０には開口２４０ａとイン
ク供給連通口２２２とが形成され、ノズル基板２５０に
は、各ノズル連通口２２２を介して各圧力発生室１２Ａ
に連通するノズル開口２１１が形成されている。

【００６９】なお、各部材を構成するセラミック材料
は、特に限定されず、成形性、加工性等の面から選択す
ればよく、酸化ジルコニウム、アルミナ等が好適に用い
られる。また、特に、弾性膜２１５としては、部分安定
化又は完全安定化ジルコニアが好適に用いられる。

【００７０】また、この弾性膜２１５上に形成される下
電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０、さらに、
絶縁体膜９０及びリード電極１００は、上述した実施形
態と同様に成膜及びリソグラフィプロセスにより形成す
ることができる。

【００７１】ここで、この実施形態においても、上述し
た実施形態と同様に、上電極の面積に対するコンタクト
ホールの面積を所定範囲内とすることにより、変位量の
低下を抑え、且つ耐久性を維持することができる。

【００７２】また、勿論、共通インク室を流路形成基板
内に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも
同様に応用できる。

【００７３】また、以上説明した実施形態は、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及び基板を積層し
て圧力発生室を形成し、グリーンシートを貼付等により
圧電体膜を形成するものを例にしたが、勿論これに限定
されるものではなく、例えば、結晶成長により圧電体膜
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】さらに、上述した各実施形態では、振動板
として下電極膜とは別に弾性膜を設けたが、下電極膜が
弾性膜を兼ねるようにしてもよい。

【００７５】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。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、上電極
の面積に対するコンタクトホールの面積を所定範囲とす
ることで、圧電体能動部の変位量の低下を抑えて十分な
インク吐出量を確保でき、且つ、コンタクトホールが破
壊したり、過電流によるマイグレーションに起因して圧
電体層が絶縁破壊を起こすことがなく、耐久性を維持す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態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
録ヘッドを示す図であり、図１の平面図及び断面図であ
る。

【図３】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
ある。

【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
ある。

【図５】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図で
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
録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。

【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録ヘッドのインク吐出重量及び寿命とＳ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅと
の関係を示すグラフである。

【図８】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す平面図である。

【図９】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドの分解斜視図である。

【図１０】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドを示す断面図である。

【符号の説明】

１０流路形成基板１１ノズル開口１２圧力発生室５０弾性膜６０下電極膜７０圧電体膜８０上電極膜９０絶縁体層１００リード電極３２０圧電体能動部３３０圧電体非能動部３５０下電極除去部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口に連通する圧力発生室の一部
を構成し、少なくとも上面が下電極として作用する振動
板と、該振動板の表面に形成された圧電体層及び該圧電
体層の表面に形成された上電極からなる圧電体能動部と
からなる圧電振動子を備え、前記圧力発生室に対向する
領域に、前記圧電体能動部へ電圧を印加するためのリー
ド電極と当該圧電体能動部との接続部となるコンタクト
部が設けられているインクジェット式記録ヘッドにおい
て、前記コンタクト部の面積Ｓ_ｃｈと、前記上電極の面
積Ｓ_ｔｅとの比Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが、 0.00001＜Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅ＜0.1 の範囲にあることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッド。
【請求項２】請求項１において、前記圧電体能動部の
上面には絶縁体層が形成され、前記コンタクト部は当該
絶縁体層に形成されたコンタクトホール内に形成されて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】請求項１または２において、前記比Ｓ
_ｃｈ／Ｓ_ｔｅが、 0.00008＜Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅ＜0.05 の範囲にあることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッド。
【請求項４】請求項３において、前記比Ｓ_ｃｈ／Ｓ
_ｔｅが、 0.00016＜Ｓ_ｃｈ／Ｓ_ｔｅ＜0.02 の範囲にあることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッド。
【請求項５】請求項１〜４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、前記圧電振動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イ
ンクジェット式記録ヘッド。