JPH11291495A - インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電体層の変位効率を向上させることによ
り、振動板の変位量の向上を図った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
一部を構成する弾性膜５０と、該弾性膜５０上に設けら
れた下電極６０と、この下電極６０の上に形成された圧
電体層７０と、該圧電体層７０の表面に形成された上電
極８０からなる圧電振動子を備え、前記圧力発生室１２
に対向する領域に圧電体能動部３２０を形成したインク
ジェット式記録ヘッドにおいて、前記弾性膜５０は、少
なくとも前記圧電体能動部３２０に対応する領域に、他
の部分と比較して前記圧電体能動部３２０側に突出され
た突出部５１を有することにより、圧電体層の変位効率
が向上する。

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
記録ヘッド及びその製造方法に関する。

【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、圧電振動子の軸方向に伸長、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。なお、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振動子を駆動することができる。

【０００７】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の窓（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との接続部がコンタクト
ホール内に形成される。

【０００８】また、このような記録ヘッドでは、圧電振
動子の駆動による振動板の変位が小さいという問題があ
る。そこで、圧電振動子の幅方向両側、いわゆる振動板
腕部において、振動板の一部を構成する下電極を除去
し、振動板の変位量の増大を図ることが考えられてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような薄膜を用いた圧電振動子では、下電極に強い引
っ張りの残留応力が発生するため、上述のように、いわ
ゆる振動板腕部の下電極の少なくとも一部を除去する
と、振動板が大きく圧力発生室側に撓み、変位量が低下
してしまうという問題がある。

【００１０】また、圧電体層形成後に、振動板腕部等の
下電極を全部あるいは一部を除去する場合、この下電極
の除去プロセスが圧電体層にダメージを与えてしまうと
いう問題がある。

【００１１】さらには、振動板腕部の強度を確保するた
めに下電極の一部を残すようにする場合、下電極を上か
ら除去していくと、その厚さを管理するのが非常に困難
であるという問題もある。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層
の変位効率を向上させることにより、振動板の変位量の
向上を図った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。

【００１３】

【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の
一部を構成する弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下電
極と、この下電極の上に形成された圧電体層と、該圧電
体層の表面に形成された上電極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圧電体能動部を
形成したインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記弾
性膜は、少なくとも前記圧電体能動部に対応する領域
に、他の部分と比較して前記圧電体能動部側に突出され
た突出部を有す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。

【００１４】かかる第１の態様では、弾性膜に設けられ
た突出部により、圧電体層の電圧印加による変位効率が
向上され、振動板の変位量が向上される。

【００１５】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幅方向両側で前記圧力発生室の
縁部に沿った部分に、前記弾性膜が除去された弾性膜除
去部を有す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。

【００１６】かかる第２の態様では、弾性膜除去部によ
り、振動板の強度の低下を最小に抑えつつ、振動板の変
位量が向上される。

【００１７】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧電体能動部の幅は、前記突出部の幅と
略同一又はそれ以下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。

【００１８】かかる第３の態様では、弾性膜の初期撓み
量が低く抑えられ、弾性膜の変位効率が向上される。

【００１９】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
において、前記圧電体層の少なくとも一部は、前記圧力
発生室に対向する領域に亘って形成され、前記圧電体能
動部は、前記上電極のみ又は前記上電極及び前記圧電体
層の厚さ方向の一部をパターニングすることにより形成
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。

【００２０】かかる第４の態様では、上電極のみ、又は
上電極及び圧電体層の厚さ方向の一部をパターニングす
ることにより圧電体能動部が形成される。

【００２１】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、前記圧電体能動部
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。

【００２２】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。

【００２３】本発明の第６の態様は、圧力発生室を有す
る基板の一方面に設けられた弾性膜上に下電極、圧電体
層及び上電極を順次積層して各層をパターニングするこ
とにより前記圧力発生室に対向する領域に圧電体能動部
を形成するインクジェット式記録ヘッドの製造方法にお
いて、前記圧電体能動部に対応する領域の前記基板上に
前記圧電体能動部側に突出した凸部を形成するステップ
と、該凸部を設けた前記基板表面に前記弾性膜を形成す
ることにより前記凸部上の領域に前記弾性膜が他の部分
よりも前記圧電体能動部側に突出する突出部を形成する
ステップと、前記弾性膜上に下電極、圧電体層、及び上
電極を順次積層するステップと、少なくとも前記上電極
及び前記圧電体層の少なくとも一部をパターニングして
前記突出部上に前記圧電体能動部を形成するステップ
と、前記基板を前記凸部とは反対側の面からエッチング
して前記凸部まで除去することにより前記圧力発生室を
形成するステップとを有することを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００２４】かかる第６の態様では、凸部を有する基板
上に弾性膜を形成することにより、突出部が形成され
る。

【００２５】本発明の第７の態様は、第６の態様におい
て、前記凸部を形成するステップは、前記基板上に第１
の弾性膜を形成するステップと、前記圧電体能動部に対
応する領域以外の前記第１の弾性膜及び前記基板の一部
をパターニングして前記圧電体能動部に対応する領域に
前記凸部を形成するステップとを含み、前記弾性膜に前
記突出部を形成するステップは、前記凸部を設けた前記
基板表面に少なくとも前記第１の弾性膜の残留領域以外
に設けられて当該第１の弾性膜の残留部分を含む弾性膜
となる第２の弾性膜を形成するステップを含むことを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にあ
る。

【００２６】かかる第７の態様では、第１の弾性膜を利
用して、基板表面に凸部をパターニングし、その上に第
２の弾性膜を形成することにより、突出部を形成する。

【００２７】本発明の第８の態様は、第６又は７の態様
において、さらに、前記圧電体能動部の幅方向両側に対
応する領域の前記弾性膜を圧力発生室側からエッチング
により除去して弾性膜除去部を形成するステップを有す
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造
方法にある。

【００２８】かかる第８の態様では、圧電体能動部の幅
方向両側の弾性膜のみが除去されて、変位効率がさらに
向上する。

【００２９】

【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。

【００３０】（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、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。

【００３１】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。

【００３２】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。また、この弾性膜５０には、後述するように、
圧電体能動部に対応する領域に、他の部分の弾性膜５０
よりも圧電体能動部側に突出された突出部５１が形成さ
れている。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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２１
は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各圧力発生室１
２のインク供給側端部の近傍を横断する一のスリット孔
２１Ａでも、あるいは複数のスリット孔２１Ｂ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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】一方、流路形成基板１０の開口面とは反対
側の弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．５μｍ
で、弾性膜５０と共に振動板として作用する下電極膜６
０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、弾性膜５０の突出部５１上
に圧電振動子（圧電素子）３００を構成している。ここ
で、圧電振動子３００は、下電極膜６０、圧電体膜７
０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、
圧電振動子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膜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膜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。

【００４３】本実施形態では、下電極膜６０は圧電振動
子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電振動子３
００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。

【００４４】そして、かかる各上電極膜８０の上面の少
なくとも周縁、及び圧電体膜７０の側面を覆うように電
気絶縁性を備えた絶縁体層９０が形成されている。絶縁
体層９０は、成膜法による形成やまたエッチングによる
整形が可能な材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコ
ン、有機材料、好ましくは剛性が低く、且つ電気絶縁性
に優れた感光性ポリイミドで形成するのが好ましい。

【００４５】絶縁体層９０の各上電極膜８０の一端部に
対応する部分の上面を覆う部分の一部には後述するリー
ド電極１００と接続するために上電極膜８０の一部を露
出させるコンタクトホール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
８０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。リード電極１００
は、駆動信号を上電極膜８０に確実に供給できる程度に
可及的に狭い幅となるように形成されている。

【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、弾性膜５０及び圧電体膜７０等を形
成するプロセスを図４を参照しながら説明する。

【００４７】図４（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。

【００４８】次に、図４（ｂ）に示すように、圧力発生
室に対向する領域の流路形成基板１０に、他の部分より
も膜厚が大きい凸部１３を形成する。この凸部１３は、
凸部以外の弾性膜５０を、例えば、イオンミリング、ウ
ェットエッチング等によりパターニングして除去した
後、この弾性膜５０をマスクとして、流路形成基板１０
を等方性エッチングすることにより形成される。

【００４９】次いで、図４（ｃ）に示すように、流路形
成基板１０の弾性膜５０側の表面を上述と同様に熱酸化
して、再度、弾性膜５０を形成する。これにより、凸部
１３に対応する部分の弾性膜５０が、他の部分の弾性膜
５０よりも圧電体能動部側に突出する突出部５１とな
る。

【００５０】この際、凸部１３上の弾性膜５０は除去さ
れずに残留しており、その弾性膜５０の上から熱酸化す
るため、突出部５１は他の部分の弾性膜５０よりも厚く
形成されることになる。なお、この凸部１３上の弾性膜
５０を一度除去してから、全面の厚さを一様に形成する
ようにしてもよいことは言うまでもない。

【００５１】次に、図４（ｄ）に示すように、スパッタ
リングによって、下電極膜６０を弾性膜５０の表面形状
に沿って一様に形成する。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６００〜１０００℃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、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合には、Ｐ
ｂＯ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。

【００５２】次に、図４（ｅ）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。

【００５３】次に、図４（ｆ）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。

【００５４】次に、図５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。

【００５５】まず、図５（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５（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、弾性膜５０の突
出部５１に対応する領域のみに圧電体能動部３２０のパ
ターニングを行う。

【００５６】以上説明したように、下電極膜６０の全体
のパターンを形成後、圧電体能動部３２０をパターニン
グすることによりパターニングが完了する。

【００５７】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）。

【００５８】そして、圧電体能動部３２０の一端部から
圧力発生室１２の周壁上まで延設された上電極膜８０に
対応する部分の絶縁体層９０には、後述するリード電極
１００と接続するために上電極膜８０の一部を露出させ
るコンタクトホール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８０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。リード電極１００は、駆動
信号を上電極膜８０に確実に供給できる程度に可及的に
狭い幅となるように形成されている。

【００５９】このような絶縁体層の形成プロセスを図６
に示す。

【００６０】まず、図６（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の好適な材料は上述した通りであるが、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。

【００６１】次に、図６（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。このコンタクトホール９０ａ
は、後述するリード電極１００と上電極膜８０との接続
をするためのものである。また、本実施形態では、コン
タクトホール９０ａを、圧力発生室１２の長手方向一端
部の周壁に対向する領域に設けるようにしたが、圧力発
生室１２の圧電体能動部３２０に対応する部分、例え
ば、中央部あるいはノズル側端部に設けてもよい。な
お、図６（ｂ）には、説明の都合上、圧力発生室１２の
周壁に対向する領域のコンタクトホール９０ａ部分の断
面を示す。

【００６２】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。

【００６３】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６（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。また、
上述したように、流路形成基板１０の弾性膜５０側に凸
部１３が形成されているが、本実施形態では、異方性エ
ッチングを行う際、この凸部１３も完全に除去して圧力
発生室１２を形成する。

【００６４】なお、以上説明した一連の膜形成及び異方
性エッチングは、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。また、分
割した流路形成基板１０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。

【００６５】このように形成されたインクジェット式記
録ヘッドの要部平面及び断面を図７に示す。

【００６６】本実施形態では、図７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３２
０は、弾性膜５０上に一様に形成された下電極膜６０上
に形成され、基本的には圧力発生室１２に対向する領域
内に設けられているが、圧電体膜７０及び上電極膜８０
が圧電体能動部３２０の一端部から圧力発生室１２の長
手方向端部の周壁上まで延設されている。また、圧電体
能動部３２０に対応する領域の弾性膜５０は、他の部分
よりも圧電体能動部３２０側に突出された突出部５１と
なっている。したがって、逆に、圧力発生室１２側の弾
性膜５０には、凹部５２が形成されている。しかしなが
ら、本願発明では、圧力発生室１２側の形状は特に限定
されない。

【００６７】このような突出部５１は、本実施形態で
は、他の部分の弾性膜５０の表面からの高さが、弾性膜
５０の厚さの１／５以上であることが好ましく、本実施
形態では、０．２〜１０μｍ程度の高さに形成した。こ
れは、弾性膜５０と圧電体膜７０との距離が大きくなる
と、圧電体膜７０の曲げモーメントも大きくなり、振動
板の変位を向上することができるためである。

【００６８】このような構成により、圧電体膜の電圧印
加による変位効率を効果的に向上することができる。ま
た、振動板の初期変形量が低く抑えられ、振動板の変位
量を向上することができる。さらに、残留応力の大きい
下電極膜を薄くすることができるため、振動板に作用す
る応力を低く抑えることができ、振動板の破壊が抑えら
れる。また、下電極膜を一様に形成することにより、振
動板腕部の厚さを正確に形成することができるため、吐
出特性が安定する。

【００６９】このように構成したインクジェットヘッド
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３１から
ノズル開口１１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、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１
２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。

【００７０】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て圧電体能動部３
２０を形成したが、これに限定されず、例えば、図８
（ａ）に示すように、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る
ようにしてもよい。この場合、上電極膜８０のパターニ
ングにより圧電体膜７０の厚さ方向の一部まで除去され
てもよく、さらに、例えば、図８（ｂ）に示すように、
圧力発生室１２対応する領域以外の圧電体膜７０の厚さ
方向の一部まで積極的にパターニングするようにしても
よい。

【００７１】なお、本実施形態では、突出部５１を圧電
体能動部３２０に対応する領域に設けるようにしたが、
これに限定されず、例えば、弾性膜５０に圧電体能動部
３２０の長手方向に亘って設けるようにしてもよい。

【００７２】また、本実施形態では、下電極膜６０を弾
性膜５０上に一様に形成するようにしたが、これに限定
されず、例えば、圧電体能動部３２０の幅方向両側、い
わゆる振動板腕部の下電極膜を除去するようにしてもよ
い。このような構成によっても、振動板の変位量を向上
することができる。

【００７３】（実施形態２）実施形態２にかかるインク
ジェット式記録ヘッドの要部断面を図９に示す。

【００７４】本実施形態は、図９に示すように、圧電体
能動部の幅方向両側に対応する領域、いわゆる振動板腕
部に弾性膜５０を除去した弾性膜除去部３５０を形成し
て、下電極膜６０のみで構成するようにした以外は、実
施形態１と同様である。

【００７５】本実施形態では、この弾性膜除去部３５０
を、圧力発生室１２を形成後（図６（ｃ））、圧力発生
室１２側からパターニングすることにより形成した。

【００７６】このような構成により、実施形態１と同様
の効果を奏する。さらに、振動板の腕部に対応する領域
を強度の高い金属膜で形成することができるため、膜厚
を薄くしても、強度の低下を抑えることができる。これ
により、振動板の変位効率を向上することができる。

【００７７】（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。

【００７８】例えば、上述の実施形態では、流路形成基
板１０をパターニングして形成した凸部１３上に弾性膜
５０を形成して、突出部５１を設けるようにしたが、こ
れに限定されず、例えば、凸部１３をパターニングによ
り形成する代わりに、図１０に示すように、流路形成基
板１０上に、例えば、酸化シリコン膜、ポリシリコン等
の耐熱性のある材質で凸部１３ａを形成するようにして
もよい。この場合も、凸部１３Ａは、上述の実施形態同
様、圧力発生室１２を形成する際に除去されればよい。

【００７９】また、例えば、上述の実施形態では、流路
形成基板１０に凸部１３をエッチングにより形成した
後、再度、流路形成基板１０の表面を熱酸化させること
により突出部５１を有する弾性膜５０を形成するように
したが、これに限定されず、例えば、凸部１３を形成し
た後、ボロンドープからなる弾性膜を形成するようにし
てもよい。

【００８０】その他、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。

【００８１】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。

【００８２】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図１１、その流路の断面を図１２にぞれぞれ示す。こ
の実施形態では、ノズル開口１１が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１１
と圧力発生室１２とを連通するノズル連通口２２が、封
止板２０，共通インク室形成板３０及び薄肉板４１Ａ及
びインク室側板４０Ａを貫通するように配されている。

【００８３】なお、本実施形態は、その他、薄肉板４１
Ａとインク室側板４０Ａとを別部材とし、インク室側板
４０に開口４０ｂを形成した以外は、基本的に上述した
実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略する。

【００８４】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、圧電体能動部に対応する弾性膜に
突出部を形成することにより、圧電体膜の変位効率が向
上され、振動板の変位量を向上することができる。

【００８５】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。

【００８６】また、以上説明した各実施形態は、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、基板を積
層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシ
ートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を
形成するもの、又は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。

【００８７】さらに、上述した実施形態では、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。

【００８８】また、圧電振動子とリード電極との間に絶
縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例
えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜
を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続した
り、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング
技術を用いて接続したりする構成としてもよい。

【００８９】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。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電体能動部に対応する領域の弾性膜に突出部を設ける
ようにしたので、圧電体膜の電圧印加による変形効率が
向上される。したがって、振動板の変位量を向上するこ
とができる。また、振動板の初期変形量が低く抑えら
れ、振動板の変位量を向上することができる。さらに、
残留応力の大きい下電極膜を薄くすることができるた
め、振動板に作用する応力を低く抑えることができ、振
動板の破壊が抑えられる。また、下電極膜を除去する必
要がないため、振動板腕部の厚さを正確に形成すること
ができ、吐出特性が安定するという効果を奏する。

【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】封止板の変形例を示す図である。

【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の薄膜製造工程を示す図で
ある。

【図７】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
録ヘッドの変形例を示す断面図である。

【図９】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部を示す断面図である。

【図１０】本発明の他の実施形態に係る凸部の形成方法
を示す図である。

【図１１】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１２】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 １３ 突出部 ５０ 弾性膜 ５１ 凸部 ５２ 凹部 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 ３５０ 弾性膜除去部

Claims (8)

【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の一部
   を構成する弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下電極
   と、この下電極の上に形成された圧電体層と、該圧電体
   層の表面に形成された上電極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圧電体能動部を形
   成したインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記弾性膜は、少なくとも前記圧電体能動部に対応する
   領域に、他の部分と比較して前記圧電体能動部側に突出
   された突出部を有す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、前記圧電体能動部の
   幅方向両側で前記圧力発生室の縁部に沿った部分に、前
   記弾性膜が除去された弾性膜除去部を有することを特徴
   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、前記圧電体能
   動部の幅は、前記突出部の幅と略同一又はそれ以下であ
   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
   電体層の少なくとも一部は、前記圧力発生室に対向する
   領域に亘って形成され、前記圧電体能動部は、前記上電
   極のみ又は前記上電極及び前記圧電体層の厚さ方向の一
   部をパターニングす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。
5. 【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、前記圧電体能動部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。
6. 【請求項６】 圧力発生室を有する基板の一方面に設け
   られた弾性膜上に下電極、圧電体層及び上電極を順次積
   層して各層をパターニングすることにより前記圧力発生
   室に対向する領域に圧電体能動部を形成するインクジェ
   ット式記録ヘッドの製造方法において、 前記圧電体能動部に対応する領域の前記基板上に前記圧
   電体能動部側に突出した凸部を形成するステップと、該
   凸部を設けた前記基板表面に前記弾性膜を形成すること
   により前記凸部上の領域に前記弾性膜が他の部分よりも
   前記圧電体能動部側に突出する突出部を形成するステッ
   プと、前記弾性膜上に下電極、圧電体層、及び上電極を
   順次積層するステップと、少なくとも前記上電極及び前
   記圧電体層の少なくとも一部をパターニングして前記突
   出部上に前記圧電体能動部を形成するステップと、前記
   基板を前記凸部とは反対側の面からエッチングして前記
   凸部まで除去することにより前記圧力発生室を形成する
   ステップとを有することを特徴とするインクジェット式
   記録ヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記凸部を形成する
   ステップは、前記基板上に第１の弾性膜を形成するステ
   ップと、前記圧電体能動部に対応する領域以外の前記第
   １の弾性膜及び前記基板の一部をパターニングして前記
   圧電体能動部に対応する領域に前記凸部を形成するステ
   ップとを含み、前記弾性膜に前記突出部を形成するステ
   ップは、前記凸部を設けた前記基板表面に少なくとも前
   記第１の弾性膜の残留領域以外に設けられて当該第１の
   弾性膜の残留部分とを含む弾性膜となる第２の弾性膜を
   形成するステップを含むことを特徴とするインクジェッ
   ト式記録ヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 請求項６又は７において、さらに、前記
   圧電体能動部の幅方向両側に対応する領域の前記弾性膜
   を圧力発生室側からエッチングにより除去して弾性膜除
   去部を形成するステップを有することを特徴とするイン
   クジェット式記録ヘッドの製造方法。