WO1999003682A1 - Tete d'impression a jets d'encre, procede de fabrication de cette derniere et imprimante a jets d'encre - Google Patents

Tete d'impression a jets d'encre, procede de fabrication de cette derniere et imprimante a jets d'encre Download PDF

Info

Publication number
WO1999003682A1
WO1999003682A1 PCT/JP1998/003192 JP9803192W WO9903682A1 WO 1999003682 A1 WO1999003682 A1 WO 1999003682A1 JP 9803192 W JP9803192 W JP 9803192W WO 9903682 A1 WO9903682 A1 WO 9903682A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure generating
generating chamber
ink jet
recording head
jet recording
Prior art date
Application number
PCT/JP1998/003192
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Toyohiko Mitsuzawa
Fujio Akahane
Shinri Sakai
Akira Matsuzawa
Original Assignee
Seiko Epson Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corporation filed Critical Seiko Epson Corporation
Priority to EP98932544A priority Critical patent/EP0925923A4/en
Priority to US09/254,481 priority patent/US6390608B1/en
Publication of WO1999003682A1 publication Critical patent/WO1999003682A1/ja

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B41J2/1629—Manufacturing processes etching wet etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/161—Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1623—Manufacturing processes bonding and adhesion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1631—Manufacturing processes photolithography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1632—Manufacturing processes machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1646—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by sputtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14387—Front shooter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14419—Manifold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14491—Electrical connection

Definitions

  • Patent application title INKJET RECORDING HEAD, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND INKJET RECORDING
  • the present invention provides an ink jet recording head that forms a piezoelectric element via a vibrating plate in a part of a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening for discharging an ink drop, and discharges the ink drop by displacement of the piezoelectric element. And a method for manufacturing the same, and an ink jet recording apparatus.
  • a part of the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening for discharging the ink droplet is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge the ink droplet from the nozzle.
  • the inkjet recording heads to be ejected use a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator in which the piezoelectric element expands and contracts in the axial direction, and a flexural vibration mode piezoelectric actuator in which the piezoelectric element flexes. Two types have been commercialized.
  • the volume of the pressure generating chamber can be changed by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the diaphragm, and a head suitable for high-density printing can be manufactured.
  • a complicated process is required to cut the piezoelectric element into a comb-tooth shape in accordance with the arrangement pitch of the piezoelectric elements, and the work of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber is required, which complicates the manufacturing process. .
  • a piezoelectric element can be attached to the diaphragm by a relatively simple process of attaching a green sheet of a piezoelectric material according to the shape of the pressure generating chamber and firing the green sheet. Due to the use of flexural vibration, a certain area is required, and there is a problem that high-density arrangement is difficult.
  • JP-A-5-286131 a uniform piezoelectric film is formed by a thin film technique over the entire surface of the diaphragm.
  • a proposal has been made in which a material layer is formed, the piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generating chambers by lithography, and a piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generating chamber.
  • the piezoelectric element corresponding to each pressure generating chamber can be driven by providing the piezoelectric material layer on the entire surface of the vibration plate and providing at least only the upper portion for each pressure generating chamber.
  • a lead electrode for supplying a voltage for driving a piezoelectric element corresponding to each pressure generating chamber corresponds to each pressure generating chamber. It is provided.
  • connection between the piezoelectric element and the lead electrode corresponding to each pressure generating chamber (hereinafter referred to as a contact part) is likely to generate a large stress due to the driving of the piezoelectric element, which may cause cracks and breakage. There is a problem that there is.
  • the contact part is connected to the lead electrode, the displacement due to voltage application is smaller than in other parts, but nevertheless the compliance is not small compared to other parts.
  • the discharge speed is decreased and the driving voltage is increased.
  • the piezoelectric element is continuously pulled out to the peripheral wall of the pressure generating chamber and a voltage for driving each piezoelectric actuator is supplied.
  • the piezoelectric element is connected to the pressure generating chamber and the pressure generating chamber.
  • the problem of lowering the discharge speed and increasing the drive voltage, or the problem that cracks and the like are likely to occur near the peripheral wall of the pressure generating chamber or near the contact hole, especially when the piezoelectric material layer is formed by film forming technology Is a problem. That is, the piezoelectric material layer formed by the film forming technique is extremely thin, and has a lower OJI property than a piezoelectric element attached.
  • the present invention provides an ink jet recording head, a method of manufacturing the same, and an ink jet recording head capable of preventing cracks, breakage, and the like due to stress concentration at a contact portion, and preventing a reduction in displacement efficiency of the contact portion. It is an object to provide a type recording device.
  • the present invention is directed to an ink jet recording method capable of preventing cracks or the like near the peripheral wall of the piezoelectric element or the pressure generating chamber of the piezoelectric layer and near the contact hole and ensuring durability.
  • An object of the present invention is to provide a head, a manufacturing method thereof, and an ink jet recording apparatus. Disclosure of the invention
  • a piezoelectric element including a plurality of pressure generating chambers communicating with a nozzle opening, and at least a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode in a region corresponding to the pressure generating chamber.
  • a lead electrode for applying a voltage to the piezoelectric element and a connecting portion between the piezoelectric element and the piezoelectric element are connected to the pressure generating chamber other than the area facing the pressure generating chamber.
  • the ink jet recording head is provided in a region opposed to a flow path to be formed.
  • a narrow portion communicating with an end of the pressure generation chamber far from the nozzle opening and having at least one of a width and a depth smaller than the pressure generation chamber is provided.
  • a connection portion between the piezoelectric element and the lead electrode is provided in a region facing the communication portion.
  • the width of the narrow portion is formed narrower than that of the pressure generation chamber, and the upper electrode is provided with a pressure corresponding to each region facing the pressure generation chamber. It is formed so as to be independent of the width of the generation chamber and is continuous with a portion provided in a region facing the communication portion via a narrow lead portion provided in a portion facing the narrow portion.
  • An ink jet recording head characterized in that it is formed.
  • the third aspect even when a voltage is applied through the lead electrode, stress is not concentrated on the piezoelectric layer in the narrow portion and the communication portion, so that breakage of the piezoelectric layer and the like is avoided, and the pressure generating chamber is formed. It can be effectively displaced.
  • the width of the narrow portion is formed to be narrower than that of the pressure generating chamber, and the upper electrode is provided with a pressure corresponding to each region facing the pressure generating chamber. It is formed so as to be independent of the width of the generation chamber and is continuous with a portion provided in a region facing the communication portion via a narrow lead portion provided in a portion facing the narrow portion.
  • the piezoelectric layer is formed in the pressure generating chamber so as to correspond to the upper electrode, and extends with substantially the same width to a region corresponding to the narrow portion and the communication portion.
  • the piezoelectric layer in the region facing the narrow portion, is provided up to the position facing the outside of the flow path, so the piezoelectric layer is particularly provided at the boundary between the narrow portion, the pressure generating chamber, and the communication portion. Displacement of the body layer can be further suppressed, and breakage of the piezoelectric layer is further prevented.
  • the width of the narrow portion is formed narrower than that of the pressure generating chamber, and the piezoelectric layer and the upper electrode are formed of the pressure generating chamber.
  • Each of the areas facing the living room is independently formed to be narrower than the width of the pressure generating chamber, and is formed in a region facing the communication portion via a narrow lead portion provided in a portion facing the narrow portion.
  • An ink jet recording head characterized in that it is formed so as to be continuous with the provided portion.
  • the piezoelectric layer is provided to face the pressure generating chamber, the narrow portion, and the communication portion.
  • the piezoelectric layer is displaced in the narrow portion and the communication portion.
  • the pressure generation chamber can be effectively displaced with almost no occurrence of pressure.
  • the lead portion which is formed to have a small width, a portion of a region facing the pressure generation chamber and a region of the region facing the communication portion.
  • An ink jet recording head characterized in that the boundary with the portion is formed in an R shape.
  • the communication section comprises a common flow path that communicates with each of the pressure generating chambers through the narrow section. It is in the ink jet ceremony 3 heads that are the feature.
  • An eighth aspect of the present invention is the insulator according to any one of the first to seventh aspects, wherein the upper surface of the upper electrode has a window at least in a portion corresponding to the connection portion with the lead electrode.
  • An ink jet recording head characterized in that a layer is formed.
  • the insulator layer by providing the insulator layer, insulation between the upper electrode and the lower electrode and isolation from the atmosphere can be ensured.
  • a ninth aspect of the present invention is the ink-jet recording method according to the eighth aspect, wherein the insulator layer is formed of an organic material such as silicon oxide, silicon nitride, or polyimide. In the head.
  • the film forming process and the lithographic process facilitate An insulator layer can be formed on the substrate.
  • an ink jet apparatus comprising: a plurality of pressure generating chambers communicating with a nozzle opening; and a piezoelectric element including at least a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode in a region corresponding to the pressure generating chamber.
  • the ink jet recording head is characterized in that the pressure generating chamber has a narrow portion near the end portion on the side of the narrow gap portion, the width of the pressure generating chamber gradually narrowing.
  • the amount of displacement of the piezoelectric element in the portion corresponding to the narrow portion is suppressed, and breakage of the piezoelectric layer and the like are prevented.
  • the width of the narrow portion is in a range of 1 to 99% of the width of the pressure generating chamber. In the country.
  • the amount of ink flowing into the pressure generating chamber can be adjusted by adjusting the width of the narrow portion.
  • At least the piezoelectric layer of the piezoelectric element formed in a region facing the pressure generation chamber faces the pressure generation chamber.
  • An ink jet recording head characterized by being continuously extended from a region to a region facing the narrow portion and the communication portion.
  • the piezoelectric layer extends to the region facing the narrow portion and the communicating portion, breakage of the piezoelectric layer and the like are prevented.
  • a connecting portion between the lead electrode for applying a voltage to the piezoelectric element and the piezoelectric element is connected to the communication section.
  • An ink jet recording head is provided in a region facing the ink jet recording head.
  • the connecting portion between the lead electrode and the piezoelectric element is formed at a position facing the communicating portion, there is almost no deformation at the connecting portion, and the piezoelectric layer and the like near the connecting portion are not deformed. Destruction is avoided.
  • the width of the piezoelectric layer is smaller than the width of the narrow portion and the narrow portion. On the record head.
  • the displacement of the piezoelectric layer in the width direction is not restricted, and no strong stress acts on the piezoelectric layer.
  • the ink jet recording head is characterized by the following.
  • the ink supplied from the ink supply port is supplied to the pressure generating chamber via the common ink chamber and each communication section.
  • a communication part communicating with each of the pressure generating chambers is mutually connected to form a reservoir.
  • a communication part communicating with each of the pressure generating chambers is mutually connected to form a reservoir.
  • the ink supplied from the ink supply port is supplied to the pressure generating chamber via the reservoir.
  • the narrow portion is formed so as to penetrate a flow path forming substrate in which the pressure generating chamber is formed.
  • the inkjet recording head In the inkjet recording head.
  • the piezoelectric element is formed on an elastic film formed on a flow path forming substrate that defines the pressure generating chamber.
  • Inkjet-style self-recording heads are characterized by being performed.
  • the elastic film is deformed by the piezoelectric element, and the pressure in the pressure generating chamber changes.
  • the pressure generation chamber is formed by anisotropic etching on a silicon single crystal substrate, and each layer of the piezoelectric element is formed of And an inkjet recording head characterized by being formed by a lithography method.
  • a large amount of ink jet recording heads having high-density nozzle openings can be manufactured relatively easily.
  • a 20th aspect of the present invention is an ink jet recording apparatus including the ink jet recording head according to any one of the first to 19th aspects.
  • the twenty-second aspect it is possible to realize an ink jet recording apparatus in which the driving efficiency of the head is improved and the ink ejection can be performed satisfactorily.
  • a lower layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode layer are sequentially laminated on an elastic film provided on one surface of a flow path forming substrate, and each layer is patterned.
  • a method of manufacturing an ink jet recording head in which a piezoelectric element is formed in an area corresponding to the pressure generating chamber, and the flow path forming substrate is etched from the other surface side to form a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening.
  • the present invention relates to a method of manufacturing an ink jet recording head.
  • the narrow portion since the adjustment of the narrow portion in the thickness direction is not required, the narrow portion is easily formed.
  • the step of forming the narrow portion is performed simultaneously with the step of forming the pressure generating chamber by etching. There is a method of manufacturing a pad.
  • the narrow portion can be easily formed without increasing the number of manufacturing steps.
  • the pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by a film forming and lithography method.
  • a method for manufacturing an ink jet recording head characterized by being formed by the method described above.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and is a plan view and a cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 3 is a view showing a modification of the sealing plate of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a thin-film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an etching step according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of a main part of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of a principal part showing a modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention, and is a plan view and a cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 12 is a plan view showing a main part of Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view of a principal part showing a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a plan view of a principal part showing a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a plan view of relevant parts showing a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 17 is a sectional view showing a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a schematic diagram of an ink jet recording apparatus according to one embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 and its one pressure generating chamber in a longitudinal direction. It is a figure showing a section structure.
  • the flow path forming substrate 10 is formed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in the present embodiment.
  • a substrate having a thickness of about 150 to 30 is usually used, and a substrate having a thickness of preferably about 180 to 280 zm, more preferably about 220 / ⁇ 1 is suitable. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.
  • elastic films 50 and 51 each having a thickness of 0.1 to 2 m and made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation are formed.
  • an elastic film 51 is patterned, and then the silicon single crystal substrate is anisotropically etched to form a nozzle opening 11, a pressure generating chamber 12, a narrow portion 13, and a communicating portion. 14 are formed.
  • the anisotropic etching is gradually eroded, and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) plane A second (111) plane that forms an angle of about 70 degrees with the (111) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane appears.
  • This is performed by utilizing the property that the etching rate of the (111) plane is about 1/180.
  • precision processing can be performed on the basis of parallelogram-shaped depth processing formed by two first (111) planes and two oblique second (111) planes.
  • the pressure generating chambers 12 can be arranged with high density.
  • each pressure generating chamber 12 is the first (111) plane, and the short side is The second (1 1 1) plane is formed.
  • Each narrow portion 13 communicating with the nozzle opening 11 of each pressure generating chamber 1 2 on the opposite side thereof is narrower than the pressure generating chamber 12 and further communicates with this narrow portion 13.
  • the communicating portion 14 has a width substantially the same as that of the pressure generating chamber 12.
  • each nozzle opening 11 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is formed narrower and shallower than the pressure generating chamber 12. That is, the nozzle opening 11 is formed by etching (half-etching) the silicon single crystal substrate halfway in the thickness direction. Note that half etching is performed by adjusting the etching time.
  • the size of the pressure generating chamber 12 that applies the ink droplet discharge pressure to the ink the size of the nozzle opening 11 that discharges the ink droplet, and the narrow portion 1 that controls the flow of ink into and out of the pressure generating chamber 12
  • the size of 3 is optimized according to the amount of ink droplet to be ejected, the ejection speed, and the ejection frequency. For example, when recording 360 ink droplets per inch, the nozzle openings 11 and the narrow portions 13 need to be formed with a groove width of several tens of meters / m with high accuracy.
  • the communication section 14 is a relay chamber for connecting the common ink chamber 31 described below and the pressure generating chamber 12 via the narrow section 13, and includes a sealing plate 20 described later.
  • the ink supply communication port 21 corresponds to the ink supply port, and ink is supplied from the common ink chamber 31 via the ink supply communication port 21 and is distributed to the pressure generation chambers 12.
  • the communication part 14 is provided for each pressure generating chamber 12, but as a common flow path communicating with all the pressure generating chambers 12 via the narrow part 13. In this case, the communication portion may be made to act as a common ink chamber described later.
  • the sealing plate 20 is provided with the ink supply passage 21 described above, has a thickness of, for example, 0.1 to: L mm, and has a coefficient of linear expansion of 300 ° C. or less. It consists of glass ceramics with a temperature of 5 to 4.5 [X10 V ° C].
  • the ink supply communication port 2 1 As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), one slit 21A or a plurality of slits 21B crossing each communication port 14 may be used.
  • the sealing plate 20 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 on one surface, and also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impact and external force.
  • the other surface of the sealing plate 20 forms one wall surface of the common ink chamber 31.
  • the common ink chamber forming substrate 30 forms the peripheral wall of the common ink chamber 31 and is formed by punching a stainless steel plate having an appropriate thickness according to the number of nozzles and the ink droplet ejection frequency. .
  • the thickness of the common ink chamber forming substrate 30 is set to 0.2 mm.
  • the ink chamber side plate 40 is made of a stainless steel substrate, and one surface of the ink chamber side plate 40 forms one wall surface of the common ink chamber 31.
  • the ink chamber side plate 40 has a thin wall 41 formed by forming a concave portion 40a by half etching on a part of the other surface, and further has an ink introduction port 4 for receiving ink supply from outside. 2 is stamped and formed.
  • the thin wall 41 is for absorbing the pressure directed toward the side opposite to the nozzle hole 11 generated when ink droplets are ejected, and the other pressure generating chambers 12 are connected to the common ink chamber 31.
  • the ink chamber side plate 40 has a thickness of 0.2 mm and a part of the thickness of the ink chamber side plate 40 has a thickness of 0.2 mm in consideration of the rigidity required when the ink introduction port 42 is connected to an external ink supply means.
  • the thin wall 41 has a thickness of 0.2 mm
  • the thickness of the ink chamber side plate 40 may be 0.02 mm from the beginning in order to omit the formation of the thin wall 41 by half etching.
  • a piezoelectric element 300 is formed by laminating a piezoelectric film 70 and an upper electrode film 80 having a thickness of, for example, about 0.1 / m by a process described later.
  • the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80.
  • one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric film 70 are patterned for each of the pressure generating chambers 12.
  • a piezoelectric active portion 320 The portion where piezoelectric distortion occurs due to the application of a voltage to both electrodes is called a piezoelectric active portion 320.
  • the lower electrode film 60 is used as a common electrode of the piezoelectric element 300
  • the upper electrode film 80 is used as an individual electrode of the piezoelectric element 300.
  • a piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber.
  • the piezoelectric element 300 and a diaphragm whose displacement is generated by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.
  • the elastic film 50 and the lower electrode film 60 function as a diaphragm, but the lower film may also serve as the elastic film.
  • a wafer of a silicon single crystal substrate to be the flow path forming substrate 10 is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 110 ° C.
  • bullet injection films 50 and 51 made of silicon dioxide are formed at once.
  • a lower electrode film 60 is formed by sputtering.
  • Pt or the like is suitable as a material for the lower electrode film 60.
  • a piezoelectric film 70 described later which is formed by a sputtering method or a sol-gel method, is fired at a temperature of about 600 to 100 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after the film formation. It is necessary to crystallize it. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity at such a high temperature and in an oxidizing atmosphere.
  • PZT is used as the piezoelectric film 70
  • PbT it is desirable that the change in conductivity due to diffusion of Pb is small, and for these reasons, Pt is preferable.
  • a piezoelectric film 70 is formed.
  • the piezoelectric film 70 can be formed by a sputtering method.
  • a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried and gelled, and further baked at a high temperature.
  • a so-called sol-gel method is used to obtain a piezoelectric film 70 made of metal oxide.
  • the material of the piezoelectric film 70 is zircon titanate.
  • ( ⁇ ) -based materials are suitable for use in ink jet recording heads.
  • Upper electrode film 80 is formed.
  • Upper electrode film 8 0 May be a material having high conductivity, and many metals such as Al, Au, Ni, and Pt, and conductive oxides can be used.
  • Pt is increased by fi3 ⁇ 4JI by sputtering.
  • the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are patterned.
  • the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80 are etched together so that the entire pattern of the lower electrode film 60 is transferred. One inning.
  • FIG. 5 (b) only the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are etched, and the piezoelectric active portion 320 is patterned.
  • the patterning is completed by patterning the piezoelectric active portion 320.
  • each upper electrode film 80 is covered at least the periphery of the upper surface of each upper electrode film 80 and the side surfaces of the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60.
  • An insulator layer 90 having electrical insulation is formed (see FIG. 1). Then, a part of the upper electrode film 80 is exposed in a part of a part of the insulator layer 90 covering the upper surface of a part corresponding to each communication part 14 to be connected to a lead electrode 100 described later.
  • a contact hole 90a is formed. One end is connected to each upper electrode film 80 via the contact hole 90a, and the other end is formed with a lead electrode 100 extending to the connection terminal portion.
  • the lead electrode 100 is formed so as to have a width as narrow as possible so as to reliably supply a drive signal to the upper i-layer 80.
  • FIG. 6 shows a process for forming such an insulator layer.
  • an insulator layer 90 is formed so as to cover the periphery of the upper electrode film 80, the side surfaces of the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60. Suitable materials for the insulator layer 90 are as described above. In this embodiment, a negative photosensitive polyimide is used.
  • a contact hole 90a is formed in a portion corresponding to each communication portion 14 by patterning the insulator layer 90.
  • This contact hole 900a connects the lead electrode 100 and the upper electrode film 80. It is for.
  • the silicon single crystal substrate is subjected to anisotropic etching with an alkali solution as described above, and the pressure generation chamber 12 is narrowed.
  • the part 13 and the communication part 14 are formed simultaneously.
  • a resist film 52 is formed on the elastic film 51, and the resist film 52 is patterned into the shape of the pressure generating chamber 12, the narrow portion 13, and the communication portion 14. .
  • the portion of the elastic film 51 corresponding to the pattern of the resist film 52 is removed by etching or the like.
  • a narrow portion having a gradually narrowing width is provided near the end of the pressure generating chamber 12 on the narrow portion 13 side. Therefore, the resist film 52 in the portion corresponding to the narrow portion is also patterned so as to gradually become narrower according to its shape, and the elastic film 51 has a narrower portion 13 side of the pressure generating chamber 12.
  • a narrow portion 51a whose width gradually decreases, is formed at a position corresponding to the vicinity of the end portion.
  • the silicon single crystal substrate that is, the flow path forming substrate 10 is The elastic film is removed until it reaches the elastic film 50 by anisotropic etching with an alkaline solution. As a result, the pressure generating chamber 12, the narrow part 13, and the communication part 14 are formed.
  • such a narrow portion is formed by half-etching a silicon single crystal substrate when forming a pressure generating chamber, and the ink flows into the pressure generating chamber due to its height accuracy. The amount was adjusted.
  • the etching rate of this silicon single crystal substrate varies widely, making it difficult to adjust the set value.
  • the bottom surface of the narrow portion becomes rough, so that bubbles in the ink are removed. There was a problem that entanglement was large.
  • the silicon single crystal substrate is always etched until it reaches the elastic film, and the amount of ink flowing into the pressure generating chamber is adjusted by changing the width of the narrow portion. I made it. Therefore, it can be easily manufactured, and the amount of ink flowing in can be adjusted. Furthermore, the bottom surface of the narrow portion is made of an elastic film, so that the surface roughness is small, Foam entrapment can be suppressed.
  • FIG. 8 is a plan view of an essential part of the ink jet recording head thus formed.
  • the pressure generating chamber 12 has a communication part 14 at one end in the longitudinal direction through a narrow part 13 narrower than the width of the pressure generating chamber 12. Has been communicated with. Further, in the present embodiment, a narrow portion 12 a in which the width of the pressure generating chamber 12 gradually narrows to the width of the narrow portion 13 near the narrow portion 13 end of the pressure generating chamber 12. Is provided.
  • a piezoelectric active portion 320 is provided in a region facing the pressure generating chamber 12, and the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are connected to one end of the piezoelectric active portion 320 in the longitudinal direction. From the section to the area facing the narrow section 13 and the communicating section 14 with the same width.
  • a contact hole 90 a for connecting the upper electrode film 80 and the lead electrode 100 is provided in the insulator layer 90 on the upper electrode film 80 provided in a region facing the communication portion 14. Are formed.
  • the upper electrode film 80 and the lead electrode 100 are connected in a contact hole 90a formed at a position facing the communicating portion 14 having a relatively small area, the contact There is almost no displacement of the piezoelectric film in the vicinity of the hole 90a, and there is no fear of cracking, breakage and the like.
  • the substrate is divided into flow path forming substrates 10 having one chip size as shown in FIG. Further, the divided flow path forming substrate 10 is sequentially bonded and integrated with the sealing plate 20, the common ink chamber forming substrate 30, and the ink chamber side plate 40 to form an ink jet recording head.
  • the ink jet recording head configured as described above takes in ink from an ink inlet 42 connected to an external ink supply means (not shown), and stores ink from the common ink chamber 31 to the nozzle opening 11. Is filled with ink, a voltage is applied between the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 via the lead electrode 100 in accordance with a recording signal from an external drive circuit (not shown), and the elastic film By bending and deforming the lower electrode film 50, the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 70, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and an ink droplet is ejected from the nozzle opening 11.
  • the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 have the same width and extend to a region opposed to the communication portion 14.
  • the present invention is not limited to this. As shown in (1), it may be formed only in the area corresponding to the pressure generating chamber 12, the narrowed part 13, and the communicating part 14. This prevents breakage of the piezoelectric film in a region facing the boundary between the pressure generating chamber and the peripheral edge thereof.
  • the contact portion between the lead electrode 100 and the upper electrode film 80 is provided in a region facing the communication portion 14.
  • the present invention is not limited to this. It may be extended to the end and connected to the external electrode by an anisotropic conductive film or the like.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view of FIG. 10 and a longitudinal view of one of the pressure generating chambers.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional structure in a direction.
  • the basic structure of the present embodiment shown in these drawings is the same as that of the above-described embodiment except that a narrow portion having a gradually narrowing width is not provided at the end of the pressure generating chamber 12 on the narrow portion 13 side.
  • the same reference numerals are given to the same members, and redundant description will be omitted.
  • the illustration of the elastic film 51 is omitted for simplicity.
  • FIG. 12 shows the positional relationship between a certain contact portion and the pressure generating chamber 12.
  • the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are formed so as to substantially correspond to the shapes of the pressure generating chamber 12, the narrow portion 13, and the communication portion 14.
  • Each of the piezoelectric elements 300 is patterned, and includes a driving section 320 located on the pressure generating chamber 12, a lead section 32 located on the narrow section 13, and a communication section 14.
  • a window 90a of the insulator layer 90 is formed on the contact forming portion 322, and is connected to the lead electrode 100 in the window 90a. Have been. That is, the contact forming portion 3222 that forms the connection portion with the lead electrode 100 is formed at a position facing the communication portion 14 that does not face the pressure generating chamber 12.
  • connection portion with the lead electrode 100 is not formed at a position facing the pressure generating chamber 12, but is formed in a region facing the flow path communicating with the pressure generating chamber 12, resulting in
  • the displacement of the driving section 320 corresponding to the pressure generating chamber 12 increases, so that the displacement in the pressure generating chamber 12 increases, and there is no risk of cracking, breakage, or the like due to driving.
  • the contact forming portion 32 2 forming the connection portion with the lead electrode 100 is formed at a position facing the communicating portion 14 having a relatively small area, the contact forming portion 3 2 2 itself is formed. There is almost no displacement, and there is no risk of cracking or destruction of the contact forming portion 322.
  • the upper electrode film 80 is patterned so as to substantially correspond to the shapes of the pressure generating chambers 12, the narrow portions 13 and the communication portions 14 as described above.
  • the piezoelectric film 70 also has a pressure generating chamber 1 2 in a portion facing the narrow portion 13. Alternatively, it may be patterned to have the same width as the portion facing the communication portion 14. In this way, the piezoelectric film 70 covers the ink flow path outside of the ink flow path at the narrow portion 13, so that the crack at the boundary between the pressure generation chamber 12 and the portion facing the communication portion 14 is formed. Are more unlikely to occur.
  • an outer edge portion 3 which is a boundary portion between the lead portion 32 1 of the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80, the drive portion 320 and the contact formation portion 32 2. 23 may be R-shaped. This makes it harder for cracks to occur at the boundary.
  • the communication portions 14 separately formed corresponding to the respective pressure generating chambers 12 in the above-described embodiment may be formed as a common communication portion 14A as shown in FIG.
  • the restraining force of the contact forming portion 3222 is reduced, vibration can be further suppressed, and cracks and the like at the boundary with the lead portion 3221 are further less likely to occur.
  • the configurations shown in FIGS. 13 to 15 may be appropriately combined and used.
  • FIG. 16 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to Embodiment 3, and FIG. 17 is a cross-sectional view showing a main part thereof.
  • a reservoir 15 is provided which connects the communicating portions to each other and to which ink is directly supplied from the outside, and this reservoir 15 and the pressure generating chamber 12 are formed in a narrow portion 1. This is an example in which communication is performed via 3.
  • the pressure generating chamber 12 and the reservoir 15 are formed by etching or the like on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, and are formed at the ends of the pressure generating chamber 12 far from the nozzle opening 11. Reservoir 15 communicates with narrow space 13.
  • the narrow portion 13 is formed by etching the flow path forming substrate 10 until the narrow portion 13 reaches the elastic film 50. Therefore, it is necessary to adjust the narrow portion 13 in the thickness direction. And can be easily formed. Further, the amount of ink flowing from the reservoir 15 to the pressure generating chamber 12 can be easily adjusted by adjusting the width of the narrow portion 13.
  • Each pressure generating chamber 1 2 is placed on the elastic film 51 on the opening side of the flow path forming substrate 10.
  • a nozzle plate 18 having a nozzle opening 11 communicating therewith on the opposite side of the reservoir 15 is fixed via an adhesive or a heat welding film.
  • an elastic film 50 is formed on the opposite side of the opening surface of the flow path forming substrate 10 as in the first embodiment, and the lower electrode film 60 and the piezoelectric material are formed on the elastic film 50.
  • a piezoelectric active portion 320 including a film 70 and an upper electrode film 80 is formed. Further, a contact portion between the upper electrode film 80 of each of the piezoelectric active portions 320 and the lead electrode 100 is provided in a region facing the reservoir 15.
  • the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to the above.
  • the common-ink-chamber forming plate 30 may be made of glass ceramics.
  • the thin wall 41 may be made of glass ceramics as a separate member. Etc. are free to change.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG. 19 is a cross-sectional view of the flow channel.
  • the nozzle opening 11 is formed in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric element, and the nozzle communication port 22 for communicating the nozzle opening 11 with the pressure generating chamber 12 is sealed.
  • the stop plate 20, the common ink chamber forming plate 30, the thin plate 41 A, and the ink chamber side plate 4 OA are arranged so as to penetrate therethrough.
  • the present embodiment is basically the same as that described above except that the thin plate 41 A and the ink chamber side plate 4 OA are separate members and the opening 4 Ob is formed in the ink chamber side plate 4 OA.
  • This is the same as the embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and overlapping description will be omitted.
  • a narrow portion 12 a is provided near the longitudinal end of the pressure generating chamber 12, and the contact hole 90 a is located at a position facing the communicating portion 14. Is formed. Therefore, the present embodiment also provides the same effects as those of the above-described embodiment.
  • a thin ink jet recording head that can be manufactured by applying a film forming and lithography process is described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • a substrate may be laminated to form a pressure generating chamber, a piezoelectric film may be formed by pasting a green sheet or screen printing, or a piezoelectric material may be formed by crystal growth.
  • the present invention can be applied to an ink jet recording head having various structures such as a film forming head.
  • the connecting portion between the piezoelectric element and the lead electrode outside the region facing the pressure generating chamber, in the region facing the flow path communicating with the pressure generating chamber, the effects of the present invention can be achieved, and the invention can be applied to ink jet type recording heads of various structures as long as the effects are not contradicted.
  • the ink jet recording head of each of these embodiments forms a part of a recording head having an ink flow path communicating with an ink cartridge, and is mounted on an ink jet recording apparatus.
  • FIG. 20 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.
  • the self-recording head units 1A and 1B having the ink-jet type head unit have detachable cartridges 2A and 2B constituting ink supply means.
  • the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction.
  • the recording head units 1A and 1B discharge, for example, a black ink thread and a strong ink thread, respectively.
  • the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 having the recording head units 1A and 1B is mounted on the carriage shaft 5. Is moved along.
  • the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage axis 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown), is wound around the platen 8. It is designed to be hung and transported.
  • the narrow portion that gradually narrows is provided near the longitudinal end of the pressure generating chamber, so that the deformation of the diaphragm due to the driving of the piezoelectric active portion is suppressed. As a result, the occurrence of cracks and destruction is suppressed.
  • the displacement by the element can be increased.
  • the excluded volume in the pressure generating chamber is increased, and since there is no connecting portion in a region facing the pressure generating chamber, there is an effect that there is no risk of cracking, breakage, or the like due to driving.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

明 細 インクジエツト式記録へッド及びその製造方法並びにインクジエツト式記録
技術分野
本発明は、 ィ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に振 動板を介して圧電素子を形成して、 圧電素子の変位によりィンク滴を吐出させ るインクジェット式記録へッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録 装置に関する。 背景技術
ィ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ィンクを加圧してノ ズル閧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 子が軸方向に伸長、 収縮する縦振動モードの圧電ァクチユエ一夕を使用したも のと、 圧電素子がたわむたわみ振動モードの圧電ァクチユエ一夕を使用したも のの 2種類が実用化されている。
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へヅ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。
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。
一方、 後者の記録へッドの不都合を解消すべく、 特開平 5— 2 8 6 1 3 1号 公報に見られるように、 振動板の表面全体に亙って薄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。
これによれば圧電素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素子を作り付けることができるばかり でなく、圧電素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 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 素子を駆動することができる。
このようなたわみモードの圧電ァクチユエ一夕を使用した記録へッドでは、 各圧力発生室に対応する圧電素子を駆動するための電圧を供給するためのリ一 ド電極が各圧力発生室に対応して設けられている。
しかしながら、 上述したように、 各圧力発生室に対応する圧電素子とリード 電極との接続部 （以下、 コンタクト部） は、 圧電素子の駆動により大きな応力 が発生し易く、 クラック、 破壊が発生する虞があるという問題がある。
また、 コンタクト部は、 リード電極が接続されているため、 電圧印加による 変位が他の部分と比較して小さくなるが、 それにもかかわらず、 コンプライア ンスが他の部分と比較して小さくないので、 吐出速度低下、 駆動電圧上昇をも たらすという問題がある。
さらに、 このようなコンタクトホール近傍で圧電体層にクラックが入り易い という問題がある。
また、圧電素子を圧力発生室の周壁上まで連続的に引き出して各圧電ァクチュ エー夕を駆動するための電圧を供給する場合もあるが、 この場合には、 圧電素 子が圧力発生室とその周壁との境界を横切る部分で、 圧電体層にクラックが発 生し易いという問題がある。
一方、 上述したようなインクジェット式記録ヘッドにおいては、 圧電素子の 駆動による振動板の変位効率を向上するために、 圧電素子の幅方向両側に対応 する部分の振動板を薄くする構造が提案されている。 しかしながら、 このよう に変位を大きくとるようにすると、 特に、 上述したような圧力発生室の周壁近 傍、 あるいはコンタクトホ一ル近傍にクラック等の破壊が生じ易い傾向が助長 される。
これら吐出速度低下、 駆動電圧上昇をもたらすという問題、 または圧力発生 室の周壁近傍、 あるいはコンタクトホール近傍にクラック等の破壊が生じ易い という問題は、 特に、 圧電材料層を成膜技術で形成した場合に問題となる。 す なわち、 成膜技術で形成した圧電材料層は非常に薄く、 圧電素子を貼付したも のに比較して岡 IJ性が低いためである。
本発明はこのような事情に鑑み、コンタクト部での応力集中によるクラック、 破壊等を防止し、 コンタクト部の変位効率低下を防止することができるインク ジエツト式記録へッド及びその製造方法並びにィンクジエツト式記録装置を提 供することを課題とする。
本発明はこのような事情に鑑み、 圧電素子あるいは圧電体層の圧力発生室の 周壁近傍及びコンタクトホ一ル近傍での割れ等を防止し、 耐久性を確保するこ とができるインクジェット式記録へッド及びその製造方法並びにインクジエツ ト式記録装置を提供することを課題とする。 発明の開示
前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複数の圧 力発生室と、 該圧力発生室に対応する領域に少なくとも下電極、 圧電体層及び 上電極を含む圧電素子を形成したィンクジヱット式記録へッドにおいて、 前記 圧電素子へ電圧を印加するためのリード電極と当該圧電素子との接続部が、 前 記圧力発生室に対向する領域以外の前記圧力発生室に連通する流路と対向する 領域に設けられていることを特徴とするインクジエツト式記録へッドにある。 かかる第 1の態様では、 リード電極と圧電素子との接続部が圧力発生室に対 向する領域以外に形成されているので、 圧力発生室の圧電素子による変位量を 大きくすることができる。
本発明の第 2の態様は、 第 1の態様において、 前記圧力発生室の前記ノズル 開口から遠い端部に連通して幅および深さの少なくとも一方が当該圧力発生室 より小さい狭隘部と、 当該狭隘部を介して前記圧力発生室に連通する連通部と を有し、 前記圧電素子と前記リード電極との接続部が、 前記連通部に対向する 領域に設けられていることを特徴とするインクジエツト式記録へッドにある。 かかる第 2の態様では、 圧力発生室とは狭隘部を介して連通されている連通 部に対向する位置にリード電極との接続部が形成されているので、 接続部での 変形がほとんどなく、 接続部近傍での圧電体層等の破壊が回避されると共に、 接続部による変位低下の影響が無い。
本発明の第 3の態様は、 第 2の態様において、 前記狭隘部の幅が前記圧力発 生室のそれより狭く形成され、 前記上電極が、 前記圧力発生室に対向する領域 毎に当該圧力発生室の幅より狭く独立して形成され、 且つ前記狭隘部に対向す る部分に設けられた幅狭のリード部を介して前記連通部に対向する領域に設け られた部分と連続するように形成されていることを特徴とするィンクジエツト 式記録へッドにある。
かかる第 3の態様では、 リード電極を介して電圧印加しても、 狭隘部および 連通部の圧電体層に応力の集中を生じさせないで、圧電体層等の破壊を回避し、 圧力発生室を有効に変位させることができる。
本発明の第 4の態様は、 第 2の態様において、 前記狭隘部の幅が前記圧力発 生室のそれより狭く形成され、 前記上電極が、 前記圧力発生室に対向する領域 毎に当該圧力発生室の幅より狭く独立して形成され、 且つ前記狭隘部に対向す る部分に設けられた幅狭のリード部を介して前記連通部に対向する領域に設け られた部分と連続するように形成されており、 前記圧電体層が、 前記圧力発生 室では前記上電極に対応して形成され、 且つ前記狭隘部および前記連通部に対 応する領域まで略同一幅で延設されていることを特徴とするインクジエツト式 記録へッドにある。
かかる第 4の態様では、 狭隘部に対向する領域において、 圧電体層が流路外 に対向する位置まで設けられているので、 特に狭隘部と圧力発生室および連通 部との境界部分での圧電体層の変位をさらに抑えることができ、 圧電体層の破 壊がさらに防止される。
本発明の第 5の態様は、 第 2の態様において、 前記狭隘部の幅が前記圧力発 生室のそれより狭く形成され、 前記圧電体層および前記上電極が、 前記圧力発 生室に対向する領域毎に当該圧力発生室の幅より狭く独立して形成され、 且つ 前記狭隘部に対向する部分に設けられた幅狭のリード部を介して前記連通部の 対向する領域に設けられた部分と連続するように形成されていることを特徴と するインクジエツト式記録へッドにある。
かかる第 5の態様では、 圧電体層が圧力発生室、 狭隘部および連通部に対向 して設けられているが、 リード電極を介して電圧印加しても、 狭隘部および連 通部には変位がほとんど生じることがなく、 圧力発生室を有効に変位させるこ とができる。
本発明の第 6の態様は、 第 3〜 5の何れかの態様において、 幅狭に形成され た前記リード部と、 前記圧力発生室に対向する領域の部分および前記連通部に 対向する領域の部分との境界部が R形状に形成されていることを特徴とするィ ンクジエツト式記録へッドにある。
かかる第 6の態様では、 リ一ド部の両端部の境界部を R形状としているので、 クラック等がさらに発生し難くなる。
本発明の第 7の態様は、 第 2〜 6の何れかの態様において、 前記連通部は、 前記各圧力発生室のそれぞれに前記各狭隘部を介して連通する共通の流路から なることを特徴とするインクジエツト式言 3録へッドにある。
かかる第 7の態様では、 リ一ド電極からの電圧印加による接続部近傍での振 動を防止することができ、 圧電素子のクラック発生等がさらに抑制される。 本発明の第 8の態様は、 第 1〜7の何れかの態様において、 前記上電極の上 面には、 少なくとも前記リード電極との前記接続部に対応する部分に窓を有す る絶縁体層が形成されていることを特徴とするインクジエツト式記録へヅドに ある。
かかる第 8の態様では、 絶縁体層を設けることで、 上電極と下電極との絶縁 と、 大気との遮断を確保することができる。
本発明の第 9の態様は、 第 8の態様において、 前記絶縁体層が、 酸化シリコ ン、 窒ィ匕シリコン、 またはポリイミ ド等の有機材料により形成されていること を特徴とするインクジェヅト式記録へッドにある。
かかる第 9の態様では、 例えば、 成膜工程とリソグラフイエ程により、 容易 に絶縁体層を形成できる。
本発明の第 1 0の態様は、 ノズル開口に連通する複数の圧力発生室と、 該圧 力発生室に対応する領域に少なくとも下電極、 圧電体層及び上電極を含む圧電 素子を形成したインクジエツト式記録へッドにおいて、 外部からインクが供給 されるィンク供給口に連通される連通部と前記圧力発生室とが当該圧力発生室 の幅よりも狭い幅を有する狭隘部を介して連通され、 前記圧力発生室の前記狭 隙部側の端部近傍は、 その幅が徐々に狭くなる幅狭部を有することを特徴とす るィンクジエツト式記録へッドにある。
かかる第 1 0の態様では、 幅狭部に対応する部分の圧電素子の変位量が抑制 され、 圧電体層の破壊等が防止される。
本発明の第 1 1の態様は、 第 1 0の態様において、 前記狭隘部の幅は、 前記 圧力発生室の幅の 1〜9 9 %の範囲にあることを特徴とするインクジエツト式 記録へヅドにある。
かかる第 1 1の態様では、 圧力発生室へのインクの流入量を、 狭隘部の幅に より調整することができる。
本発明の第 1 2の態様は、 第 1 0又は 1 1の態様において、 前記圧力発生室 に対向する領域に形成された前記圧電素子の少なくとも前記圧電体層が、 前記 圧力発生室に対向する領域から、 前記狭隘部及び前記連通部に対向する領域ま で連続的に延設されていることを特徴とするィンクジヱット式記録へッドにあ る。
かかる第 1 2の態様では、 圧電体層が狭隘部及び連通部に対向する領域まで 延設されているので、 圧電体層の破壊等が防止される。
本発明の第 1 3の態様は、 第 1 0〜 1 2の何れかの態様において、 前記圧電 素子へ電圧を印加するためのリード電極と当該圧電素子との接続部が、 前記連 通部に対向する領域に設けられていることを特徴とするインクジエツト式記録 へッドにある。
かかる第 1 3の態様では、 連通部に対向する位置にリード電極と圧電素子と の接続部が形成されているので、 接続部での変形がほとんどなく、 接続部近傍 での圧電体層等の破壊が回避される。 本発明の第 1 4の態様は、 第 1 2又は 1 3の態様において、 前記圧電体層の 幅は、前記幅狭部及び前記狭嗌部の幅よりも狭いことを特徴とするインクジエツ ト式記録へッドにある。
かかる第 1 4の態様では、 幅方向において、 圧電体層の変位が規制されるこ とがなく、 圧電体層に強い応力が作用しない。
本発明の第 1 5の態様は、 第 1 0〜1 4の何れかの態様において、 前記連通 部のそれそれには、 前記ィンク供給口からィンクが供給される共通ィンク室が 連通していることを特徴とするインクジエツト式記録へヅドにある。
かかる第 1 5の態様では、 インク供給口から供給されたインクが、 共通イン ク室及び各連通部を介して圧力発生室に供給される。
本発明の第 1 6の態様は、 第 1 0 ~ 1 4の何れかの態様において、 各圧力発 生室に連通する連通部が相互に連通されてリザ一バを形成することを特徴とす るインクジエツト式記録へヅドにある。
かかる第 1 6の態様では、 インク供給口から供給されたインクが、 リザーバ を介して圧力発生室に供給される。
本発明の第 1 Ίの態様は、 第 1〜 1 6の何れかの態様において、 前記狭隘部 は、 前記圧力発生室が形成された流路形成基板を貫通して形成されていること を特徴とするインクジエツト式記録へヅドにある。
かかる第 1 7の態様では、 厚さ方向の調整を必要としないため、 狭隘部を容 易に形成することができる。
本発明の第 1 8の態様は、 第 1〜1 7の何れかの態様において、 前記圧電素 子が、 前記圧力発生室を画成した流路形成基板上に形成された弾性膜上に形成 されていることを特徴とするインクジエツト式言己録へヅドにある。
かかる第 1 8の態様では、 圧電素子により弾性膜が変形されて圧力発生室内 の圧力が変化する。
本発明の第 1 9の態様は、 第 1〜 1 8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、 前記圧電素子 の各層が成 J3莫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 るインクジエツト式記録へヅドにある。 かかる第 1 9の態様では、 高密度のノズル開口を有するインクジヱット式記 録へッドを大量に且つ比較的容易に製造することができる。
本発明の第 2 0の態様は、 第 1〜 1 9の何れかの態様のィンクジェット式記 録へッドを具備することを特徴とするインクジエツト式記録装置にある。
かかる第 2 0の態様では、 へッドの駆動効率が向上され、 インク吐出を良好 に行うことができるインクジェット式記録装置を実現することができる。
本発明の第 2 1の態様は、 流路形成基板の一方面に設けられた弾性膜上に下 層、 圧電体層及び上電極層を順次積層して各層をパ夕一ニングすることに より前記圧力発生室に対応する領域に圧電素子を形成し、 他方面側から前記流 路形成基板をエッチングしてノズル開口に連通する圧力発生室を形成するィン クジエツト式記録へッドの製造方法において、 前記圧力発生室の一端部に連通 して当該圧力発生室の幅よりも狭い幅を有する狭隘部を前記流路形成基板を エッチングによって貫通することにより形成するステップを有することを特徴 とするインクジェヅト式記録へッドの製造方法にある。
かかる第 2 1の態様では、 狭隘部の厚さ方向の調整を必要としないため、 狭 隘部が容易に形成される。
本発明の第 2 2の態様は、 第 2 1の態様において、 前記狭隘部を形成するス テップは、 前記圧力発生室をェツチングにより形成するステップと同時に行わ れることを特徴とするインクジェヅト式記録へヅドの製造方法にある。
かかる第 2 2の態様では、 製造工程を増やすことなく、 狭隘部を容易に形成 することができる。
本発明の第 2 3の態様は、 第 2 1又は 2 2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ィ ンクジェット式記録へッドの製造方法にある。
かかる第 2 3の態様では、 高密度のノズル開口を有するインクジエツト式記 録へッドを大量に且つ比較的容易に製造することができる。 図面の簡単な説明 第 1図は、 本発明の実施形態 1に係るインクジェット式記録へヅドの分解斜 視図である。
第 2図は、 本発明の実施形態 1に係るインクジエツト式記録へッドを示す図 であり、 第 1図の平面図および断面図である。
第 3図は 第 1図の封止板の変形例を示す図である。
第 4図は、 本発明の実施形態 1の薄膜製造工程を示す図である。
第 5図は、 本発明の実施形態 1の薄膜製造工程を示す図である。
第 6図は、 本発明の実施形態 1の薄膜製造工程を示す図である。
第 7図は、 本発明の実施形態 1のエッチング工程を示す図である。
第 8図は、 本発明の実施形態 1のインクジエツト式記録へッドの要部平面図 ^める。
第 9図は、 本発明の実施形態 1の変形例を示す要部平面図である。
第 1 0図は、 本発明の実施形態 2に係るインクジエツト式記録へヅドの分解 斜視図である。
第 1 1図は、 本発明の実施形態 2に係るィンクジエツト式記録へッドを示す 図であり、 第 1 0図の平面図および断面図である。
第 1 2図は、 本発明の実施形態 2の要部を示す平面図である。
第 1 3図は、 本発明の実施形態 2の変形例を示す要部平面図である。
第 1 4図は、 本発明の実施形態 2の変形例を示す要部平面図である。
第 1 5図は、 本発明の実施形態 2の変形例を示す要部平面図である。
第 1 6図は、 本発明の実施形態 3に係るインクジエツト式記録へッドを示す 分解余 見図である。
第 1 7図は、 本発明の実施形態 3に係るィンクジエツト式記録へッドの要部 を示す断面図である。
第 1 8図は、 本発明の他の実施形態に係るィンクジエツト式記録へヅドの分 解斜視図である。
第 1 9図は、 本発明の他の実施形態に係るィンクジエツト式記録へヅドを示 す断面図である。 第 20図は、 本発明の一実施形態に係るィンクジエツト式記録装置の概略図 である。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明を 形態に基づいて詳細に説明する。
(難形態 1 )
第 1図は、 本発明の実施形態 1に係るインクジェット式記録へッドを示す分 解斜視図であり、 第 2図は、 第 1図の平面図及びその 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。
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 0 程度の厚さのものが用いられ、 望ましくは 180〜280 zm程度、 より望ましくは 220 /Π1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。 流路形成基板 10の両面には、 予め熱酸ィ匕により形成した二酸ィ匕シリコンか らなる、 厚さ 0. l〜2 mの弾性膜 50, 51が形成されている。 また、 流 路形成基板 10の一方の面には、 弾性膜 51をパターニングした後、 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、 狭隘部 13および連通部 14が形成されている。
ここで、 異方性ェヅチングは、 シリコン単結晶基板を K〇H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 （110)面と約 3 5度の角度をなす第 2の（111)面とが出現し、 （110)面のェヅチングレー 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。
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 （ 1 1 1 ) 面で形成している。 各圧力発生室 1 2のノズル開口 1 1とは 反対側にそれそれ連通する各狭隘部 1 3は圧力発生室 1 2より幅狭であり、 さ らに、 この狭隘部 1 3にそれそれ連通する連通部 1 4は、 圧力発生室 1 2とほ ぽ同一の幅である。 これら圧力発生室 1 2、 狭隘部 1 3および連通部 1 4は、 、»形成基板 1 0をほぼ貫通して弾性膜 5 0に達するまでエッチングすること により形成され、 これらの形成は同一工程のエッチングで行われる。 なお、 弾 性膜 5 0及び 5 1は、 シリコン単結晶基板をェヅチングするアル力リ溶液に侵 されることはない。
一方、 各圧力発生室 1 2の一端に連通する各ノズル開口 1 1は、 圧力発生室 1 2より幅狭で且つ深さも浅く形成されている。すなわち、 ノズル開口 1 1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。
ここで、 インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室 1 2の大きさと、 ィ ンク滴を吐出するノズル開口 1 1の大きさと、 圧力発生室 1 2のインクの流出 入を制御する狭隘部 1 3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ィンチ当たり 3 6 0個のィンク 滴を記録する場合、 ノズル開口 1 1や狭隘部 1 3は数十// mの溝幅で精度よく 形成する必要がある。
また、 連通部 1 4は、 後述する共通インク室 3 1と、 狭隘部 1 3を介して圧 力発生室 1 2とを接続するための中継室であり、 ここに後述する封止板 2 0の インク供給連通口 2 1が対応しており、 インクはこのインク供給連通口 2 1を 介して共通ィンク室 3 1から供給され、各圧力発生室 1 2に分配される。なお、 本実施形態では、 連通部 1 4は、 各圧力発生室 1 2毎に設けられているが、 全 部の各圧力発生室 1 2に狭隘部 1 3を介して連通する共通流路としてもよく、 この場合、 この連通部を後述の共通ィンク室として作用させてもよい。
封止板 2 0は、 前述のインク供給連通口 2 1が穿設された、 厚さが例えば、 0 . 1〜： L mmで、 線膨張係数が 3 0 0 °C以下で、 例えば 2 . 5〜4 . 5 [ X 1 0 V°C] 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、 第 3図 （a )， ( b ) に示すように、 各連通口 1 4を横断する一のスリット 孔 2 1 Aでも、 あるいは複数のスリット孔 2 1 Bであってもよい。 封止板 2 0 は、 一方の面で流路形成基板 1 0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 2 0は、 他面 で共通インク室 3 1の一壁面を構成する。
共通インク室形成基板 3 0は、 共通インク室 3 1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 3 0の厚さは、 0 . 2 mmとしている。
インク室側板 4 0は、 ステンレス基板からなり、 一方の面で共通インク室 3 1の一壁面を構成するものである。 また、 インク室側板 4 0には、 他方の面の 一部にハーフエッチングにより凹部 4 0 aを形成することにより薄肉壁 4 1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 4 2が打抜き 形成されている。 なお、 薄肉壁 4 1は、 インク滴吐出の際に発生するノズル閧 口 1 1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 1 2に、 共通インク室 3 1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 ^形態では、 ィンク導入口 4 2と外部のィ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 4 0を 0 . 2 mmとし、 その一部を厚さ 0 . 0 2 mmの薄肉壁 4 1としているが、 ハーフエッチングによる薄肉壁 4 1の形 成を省略するために、 インク室側板 4 0の厚さを初めから 0 . 0 2 mmとして もよい。
一方、 流路形成基板 1 0の開口面とは反対側の弾性膜 5 0の上には、 厚さが 例えば、 約 0 . 5 mの下電極膜 6 0と、 厚さが例えば、 約 の圧電体膜 7 0と、 厚さが例えば、 約 0 . l /mの上電極膜 8 0とが、 後述するプロセス で積層形成されて、 圧電素子 3 0 0を構成している。 ここで、 圧電素子 3 0 0 は、 下電極膜 6 0、 圧電体膜 7 0、 及び上電極膜 8 0を含む部分をいう。 一般 的には、 圧電素子 3 0 0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 7 0を各圧力発生室 1 2毎にパ夕一ニングして構成する。 そして、 こ こではパ夕一ニングされた何れか一方の電極及び圧電体膜 7 0カ>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 3 2 0とい う。 本実施形態では、 下電極膜 6 0は圧電素子 3 0 0の共通電極とし、 上電極 膜 8 0を圧電素子 3 0 0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 3 0 0と当該 圧電素子 3 0 0の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電ァクチュ エー夕と称する。 なお、 上述した例では、 弾性膜 5 0及び下電極膜 6 0が振動 板として作用するが、 下 莫が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
ここで、 シリコン単結晶基板からなる流路形成基板 1 0上に、 圧電体膜 7 0 等を形成するプロセスを第 4図を参照しながら説明する。
第 4図 （a ) に示すように、 まず、 流路形成基板 1 0となるシリコン単結晶 基板のウェハを約 1 1 0 0 °Cの拡散炉で熱酸化して、 流路形成基板 1 0の両面 に二酸化シリコンからなる弾'注膜 5 0， 5 1を一度に形成する。
次に、 第 4図 （b ) に示すように、 スパヅ夕リングで下電極膜 6 0を形成す る。 下電極膜 6 0の材料としては、 P t等が好適である。 これは、 スパヅタリ ング法やゾル—ゲル法で成膜する後述の圧電体膜 7 0は、 成膜後に大気雰囲気 下又は酸素雰囲気下で 6 0 0〜 1 0 0 0 °C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 6 0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 7 0として P Z Tを用いた場合には、 P b◦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 P tが好適である。
次に、 第 4図 （c ) に示すように、 圧電体膜 7 0を成膜する。 この圧電体膜 7 0の成膜にはスパッタリング法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ィ匕物からなる圧電体膜 7 0を得る、 いわゆる ゾル一ゲル法を用いている。 圧電体膜 7 0の材料としては、 チタン酸ジルコン
( ρ ζ τ ) 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。
次に、 第 4図 （d ) に示すように、 上電極膜 8 0を成膜する。 上電極膜 8 0 は、 導電性の高い材料であればよく、 A l、 A u、 N i、 P t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 fi¾JI莫している。
次に、 第 5図に示すように、 下電極膜 6 0、 圧電体膜 7 0及び上電極膜 8 0 をパターニングする。
まず、 第 5図 （a) に示すように、 下電極膜 6 0、 圧電体膜 7 0及び上電極 膜 8 0を一緒にエッチングして下電極膜 6 0の全体パ夕一ンをパ夕一ニングす る。 次いで、 第 5図 （b ) に示すように、 圧電体膜 7 0及び上電極膜 8 0のみ をエッチングして圧電体能動部 3 2 0のパ夕一ニングを行う。
以上説明したように、 下電極膜 6 0の全体のパターンを形成後、 圧電体能動 部 3 2 0をパターニングすることによりパ夕一ニングが完了する。
以上のように、 下電極膜 6 0等をパターニングした後には、 好ましくは、 各 上電極膜 8 0の上面の少なくとも周縁、 圧電体膜 7 0および下電極膜 6 0の側 面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層 9 0を形成する （第 1図参照)。 そして、 絶縁体層 9 0の各連通部 1 4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 1 0 0と接続するために上電極膜 8 0の一部を露出 させるコンタクトホール 9 0 aが形成されている。そして、 このコンタクトホ一 ル 9 0 a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 1 0 0が形成されている。 リード電極 1 0 0は、 駆動信号を上 ®i膜 8 0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。
このような絶縁体層の形成プロセスを第 6図に示す。
まず、 第 6図 （a) に示すように、 上電極膜 8 0の周縁部、 圧電体膜 7 0お よび下電極膜 6 0の側面を覆うように絶縁体層 9 0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。
次に、 第 6図 （b ) に示すように、 絶縁体層 9 0をパターニングすることに より、 各連通部 1 4に対応する部分にコンタクトホール 9 0 aを形成する。 こ のコンタクトホール 9 0 aは、 リード電極 1 0 0と上電極膜 8 0との接続をす るためのものである。
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、 本実施形 態では、 第 7図に示すように、 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 1 2、 狭隘部 1 3及び連通部 1 4を 同時に形成する。
まず、 第 7図 （a) に示すように、 弾性膜 5 1上にレジスト膜 5 2を形成し、 圧力発生室 1 2、 狭隘部 1 3及び連通部 1 4の形状にパ夕一ニングする。 次い で、 レジスト膜 5 2のパターンに対応する部分の弾性膜 5 1をエッチング等に より除去する。 なお、 後述するように、 本実施形態では、 圧力発生室 1 2の狭 隘部 1 3側の端部近傍には、徐々に幅が狭くなる幅狭部を有する。 したがって、 幅狭部に対応する部分のレジスト膜 5 2もその形状に応じて徐々に幅狭になる ようにパ夕一ニングされ、 弾性膜 5 1の圧力発生室 1 2の狭隘部 1 3側の端部 近傍に対応する位置に徐々に幅が狭くなる幅狭部 5 1 aが形成される。
次いで、 第 7図 （b ) に示すように、 レジスト膜 5 2を除去した後、 第 7図 ( c ) に示すように、 シリコン単結晶基板、 すなわち、 流路形成基板 1 0を、 上述のアルカリ溶液による異方性エッチングにより、 弾性膜 5 0に達するまで 除去する。 これにより、 圧力発生室 1 2、 狭隘部 1 3及び連通部 1 4が形成さ れ
ところで、 従来、 このような狭隘部は、 圧力発生室を形成する際に、 シリコ ン単結晶基板をハーフエッチングすることにより形成し、 その高さ精度によつ て圧力発生室へのインクの流入量を調整していた。 しかし、 このシリコン単結 晶基板のェヅチングレートはバラツキが大きく、 設定値の調整が困難であった り、 また、ハーフエッチングでは狭隙部の底面部表面が粗くなつてしまうため、 インク内の気泡の巻き込みが大きいという問題があった。
しかしながら、 上述のように、 本実施形態では、 常にシリコン単結晶基板を 弾性膜に達するまでエッチングするようにして、 狭隘部の幅を変化させること により圧力発生室へのインク流入量を調整するようにした。 したがって、 容易 に製造することができ、 またインク流入量を調整することができる。 さらに、 狭隘部の底面は弾性膜で構成されているため表面荒さが小さく、 ィンク内の気 泡の巻き込みを抑えることができる。
第 8図は、 このように形成されたインクジヱット式記録へッドの要部平面図 である。
本実施形態では、 第 8図に示すように、 圧力発生室 1 2は、 長手方向一端部 において、 圧力発生室 1 2の幅よりも幅狭な狭隘部 1 3を介して、 連通部 1 4 と連通されている。 また、 本実施形態では、 圧力発生室 1 2の狭隘部 1 3側の 端部近傍に、 圧力発生室 1 2の幅が狭隘部 1 3の幅まで徐々に狭くなる幅狭部 1 2 aが設けられている。 このような圧力発生室 1 2に対向する領域には、 圧 電体能動部 3 2 0が設けられ、 圧電体膜 7 0及び上電極膜 8 0は圧電体能動部 3 2 0の長手方向一端部から、 狭隘部 1 3及び連通部 1 4に対向する領域まで 同一幅で延設されている。 この連通部 1 4に対向する領域に設けられた上電極 膜 8 0上の絶縁体層 9 0には、 上電極膜 8 0とリード電極 1 0 0とを接続する ためのコンタクトホール 9 0 aが形成されている。
このように、 圧力発生室 1 2の長手方向端部近傍に幅狭部 1 2 aを設けたこ とにより、 幅狭部 1 2 aに対応する部分の圧電体能動部 3 2 0の変位が抑制さ れ、 圧電体能動部 3 2 0の駆動による圧電体膜のクラック、 破壊等の発生を抑 えることができる。 また、 圧力発生室 1 2に連通する流路に対向する領域に上 膜 8 0とリード電極 1 0 0との接続部を形成するようにしたので、 結果的 に、圧力発生室 1 2に対応する領域の圧電体能動部 3 2 0の変位が大きくなり、 すなわち、 圧力発生室 1 2での排除体積が大きくなる。
また、 上電極膜 8 0とリ一ド電極 1 0 0とは、 比較的面積が小さい連通部 1 4に対向する位置に形成されたコンタクトホール 9 0 a内で接続されているの で、 コンタクトホール 9 0 a近傍での圧電体膜の変位がほとんどなく、 クラヅ ク、 破壊等の虞もない。
さらに、 コンタクトホール 9 0 aを連通部 1 4に対向する位置に設けたこと でコンプライアンスがほとんどなくなり、 圧電体能動部 3 2 0の駆動による圧 力をインク吐出に有効に利用することができる。
このようなインクジエツト式記録へヅドでは、 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、 第 1図に示すような一つのチップサイズの各流路形成基板 1 0に分割す る。 また、 分割した流路形成基板 1 0を、 封止板 2 0、 共通インク室形成基板 3 0、 及びインク室側板 4 0と順次接着して一体化し、 インクジェット式記録 へッドとする。
そして、 このように構成したインクジェット式記録へヅドは、 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 4 2からインクを取り込み、 共通ィ ンク室 3 1からノズル開口 1 1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 1 0 0を介して下電極 膜 6 0と上電極膜 8 0との間に電圧を印加し、 弾性膜 5 0、 下電極膜 6 0及び 圧電体膜 7 0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 1 1からィンク滴が吐出する。
なお、 本実施形態では、 圧電体膜 7 0及び上電極膜 8 0を同一幅で連通部 1 4に対向する領域まで延設するようにしたが、 これに限定されず、 例えば、 第 9図に示すように、 圧力発生室 1 2、 狭隘部 1 3及び連通部 1 4に対応する領 域のみに形成するようにしてもよい。 これにより、 圧力発生室とその周縁部と の境界に対向する領域での圧電体膜の破壊が防止される。
さらに、 上述した実施形態では、 連通部 1 4に対向する領域にリード電極 1 0 0と上電極膜 8 0とのコンタクト部を設けたが、 これに限定されず、 上電極 膜 8 0を基板端部まで延設して外部電極と異方性導電膜等により接続するよう にしてもよい。
(鎌形態 2 )
第 1 0図は、 本発明の実施形態 2に係るインクジエツト式記録へッドを示す 分解斜視図であり、 第 1 1図は、 第 1 0図の平面図及びその 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。 なお、 これらの図に示す本実施 形態の基本的構造は、 圧力発生室 1 2の狭隘部 1 3側の端部に幅が徐々に狭く なる幅狭部を設けない以外は、 上述した実施形態と同様であり、 同一部材に同 一符号を付して重複する説明は省略する。 なお、 簡 匕のため、 弾性膜 5 1の 図示は省略している。
ここで、 本実施形態におけるリ一ド電極 1 0 0と上電極膜 8 0との接続部で あるコンタクト部と圧力発生室 1 2との位置関係を第 1 2図に示す。
第 1 2図に示すように、 本実施形態では、 圧電体膜 7 0および上電極膜 8 0 は、 圧力発生室 1 2、 狭隘部 1 3および連通部 1 4の形状にほぼ対応するよう にパターニングされており、 各圧電素子 3 0 0は、 圧力発生室 1 2上に位置す る駆動部 3 2 0と、 狭隘部 1 3上に位置するリード部 3 2 1と、 連通部 1 4上 に位置するコンタクト形成部 3 2 2とを含み、 コンタクト形成部 3 2 2上に絶 縁体層 9 0の窓 9 0 aが形成され、 この窓 9 0 a内でリード電極 1 0 0と接続 されている。 すなわち、 リード電極 1 0 0との接続部を形成するコンタクト形 成部 3 2 2が圧力発生室 1 2に対向しない連通部 1 4に対向する位置に形成さ れている。
従って、 圧力発生室 1 2に対向する位置にはリード電極 1 0 0との接続部が 形成されないで、 圧力発生室 1 2に連通する流路と対向する領域に形成されて いるので、 結果的に、 圧力発生室 1 2に対応する駆動部 3 2 0の変位が大きく なり、圧力発生室 1 2での排除 «が大きくなり、 また、 駆動によるクラック、 破壊等の虞がない。
また、 リード電極 1 0 0との接続部を形成したコンタクト形成部 3 2 2が比 較的面積が小さい連通部 1 4に対向する位置に形成されているので、 コンタク ト形成部 3 2 2自体の変位がほとんどなく、 コンタクト形成部 3 2 2のクラヅ クの発生、 破壊等の虞もない。
さらに、 コンタクト形成部 3 2 2を連通部 1 4に対向する位置に設けたこと でコンプライアンスがほとんどなくなり、 圧電素子 3 0 0による圧力をインク 吐出に有効に利用できることができる。
しかしながら、 特に、 リード部 3 2 1の両端と駆動部 3 2 0およびコンタク ト形成部 3 2 2との境界部分には応力が集中しやすいが、 この部分でのクラッ ク等の発生をさらに防止するためは、 第 1 3図〜第 1 5図の構成を採るように してもよい。
すなわち、 第 1 3図に示すように、 上電極膜 8 0は、 上述したように、 圧力 発生室 1 2、 狭隘部 1 3および連通部 1 4の形状にほぼ対応するようにパター ニングするが、 圧電体膜 7 0は、 狭隘部 1 3に対向する部分も圧力発生室 1 2 および連通部 1 4に対向する部分と同一の幅にパターニングしてもよい。 この ようにすると、 圧電体膜 7 0は、 狭隘部 1 3の部分でインク流路外まで覆うよ うになるので、 圧力発生室 1 2および連通部 1 4に対向する部分との境界での クラックがさらに発生しにくくなる。
また、 第 1 4図に示すように、 圧電体膜 7 0および上電極膜 8 0のリード部 3 2 1と駆動部 3 2 0およびコンタクト形成部 3 2 2との境界部分である外縁 部 3 2 3を R形状にしてもよい。 このようにすると、 境界部でのクラヅクがさ らに発生し難くなる。
さらに、 上述した実施形態で各圧力発生室 1 2に対応して別々に形成されて いる連通部 1 4を、第 1 5図に示すように、 共通の連通部 1 4 Aとしてもよい。 この場合、 コンタクト形成部 3 2 2の拘束力が低減するため振動を更に抑える ことができ、 リード部 3 2 1との境界でのクラック等がさらに発生し難くなる。 なお、 第 1 3図〜第 1 5図の構成を適宜組み合わせて用いてもよいことはい うまでもない。
(難形態 3 )
第 1 6図は、 実施形態 3に係るインクジェヅト式記録へヅドの分解斜視図で あり、 第 1 7図は、 その要部を示す断面図である。
本実施形態では、 図示するように、 連通部を相互に連通させ、 外部からイン クが直接供給されるリザ一バ 1 5を設け、 このリザーバ 1 5と圧力発生室 1 2 とを狭隘部 1 3を介して連通するようにした例である。
すなわち、 圧力発生室 1 2及びリザ一バ 1 5は、 流路形成基板 1 0の開口面 側にエッチング等により形成されており、 圧力発生室 1 2のノズル開口 1 1か ら遠い端部に狭隘部 1 3を介してリザ一バ 1 5が連通されている。
この狭隘部 1 3は、 本実施形態においても、 流路形成基板 1 0を弾性膜 5 0 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ので、 狭隘部 1 3の厚 さ方向の調整をする必要がなく容易に形成することができる。 また、 リザーバ 1 5から圧力発生室 1 2へのインクの流入量の調整は、 狭隘部 1 3の幅を調整 することにより容易に行うことができる。
なお、 流路形成基板 1 0の開口面側の弾性膜 5 1上には、 各圧力発生室 1 2 のリザ一バ 1 5とは反対側で連通するノズル開口 1 1が穿設されたノズルプ レート 1 8が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。
また、 流路形成基板 1 0の開口面とは反対側には、 実施形態 1と同様に、 弾 性膜 5 0が形成され、 この弾性膜 5 0上に、 下電極膜 6 0及び圧電体膜 7 0と 上電極膜 8 0とからなる圧電体能動部 3 2 0が形成されている。 さらに、 各圧 電体能動部 3 2 0の上電極膜 8 0とリード電極 1 0 0とのコンタクト部がリ ザーバ 1 5に対向する領域に設けられている。
このような構造にしても、 形態 1と同様の効果を奏することができる。 (他の実施形態）
以上、 本発明の幾つかの実施形態を説明したが、 インクジェット式記録へッ 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。
例えば、 上述した封止板 2 0の他、共通ィンク室形成板 3 0をガラスセラミッ クス製としてもよく、 さらには、 薄肉壁 4 1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。
このように構成した実施形態の分解斜視図を第 1 8図、 その流路の断面を第 1 9図にそれそれ示す。 この実施形態では、 ノズル開口 1 1が圧電素子とは反 対のノズル基板 1 2 0に穿設され、 これらノズル開口 1 1と圧力発生室 1 2と を連通するノズル連通口 2 2が、 封止板 2 0， 共通インク室形成板 3 0および 薄肉板 4 1 Aおよびインク室側板 4 O Aを貫通するように配されている。
なお、 本実施形態は、 その他、 薄肉板 4 1 Aとインク室側板 4 O Aとを別部 材とし、 インク室側板 4 O Aに開口 4 O b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。
ここで、 この実施形態においても、 圧力発生室 1 2の長手方向端部近傍には 幅狭部 1 2 aが設けられ、 また、 コンタクトホール 9 0 aは、 連通部 1 4に対 向する位置に形成されている。 従って、 本実施形態においても、 上述の実施形 態と同様の効果を奏する。
また、 以上説明した各実施形態は、 成膜およ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 のインクジェヅト式記録へヅドを例にしたが、 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 種の構造のィンクジエツト式記録へヅドに本発明を採用することができる。 このように、 本発明は、 何れにしても、 圧電素子とリード電極との接続部を 圧力発生室に対向する領域外で、 圧力発生室に連通する流路と対向する領域に 設けることにより、 本発明の効果を奏することができ、 その趣旨に反しない限 り、 種々の構造のインクジエツト式記録へッドに応用することができる。
また、 これら各 形態のインクジェット式記録ヘッドは、 インク力一トリッ ジ等と連通するインク流路を具備する記録へヅドュニヅトの一部を構成して、 インクジエツト式記録装置に搭載される。 第 2 0図は、 そのインクジエツト式 記録装置の一例を示す概略図である。
第 2 0図に示すように、 インクジヱヅト式言 3録へヅドを有する言己録へヅドュ ニット 1 A及び 1 Bは、 インク供給手段を構成するカートリッジ 2 A及び 2 B が着脱可能に設けられ、 この記録へッドュニット 1 A及び 1 Bを搭載したキヤ リヅジ 3は、 装置本体 4に取り付けられたキヤリッジ軸 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 1 A及び 1 Bは、 例えば、 それそれ ブラックインク糸誠物及び力ラーインク糸!^物を吐出するものとしている。 そして、 駆動モー夕 6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングべ 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 1 A及 び 1 Bを搭載したキヤリッジ 3はキヤリヅジ軸 5に沿って移動される。 一方、 装置本体 4にはキヤリッジ軸 5に沿ってブラテン 8が設けられており、 図示し ない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に卷き掛けられて搬送されるようになっている。
以上説明したように本発明においては、 圧力発生室の長手方向端部近傍に、 徐々に幅狭になる幅狭部を設けるようにしたので、 圧電体能動部の駆動による 振動板の変形が抑制され、 クラヅク、 破壊等の発生が抑えられる。
また、 圧電素子へ電圧を印加するためのリード電極と当該圧電素子との接続 部を、 圧力発生室に対向する領域以外に設けることにより、 圧力発生室の圧電 素子による変位量を大きくすることができる。 この結果、 圧力発生室での排除 体積が大きくなり、 圧力発生室に対向する領域に接続部が存在しないので、 駆 動によるクラック、 破壊等の虞がないという効果を奏する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ノズル開口に連通する複数の圧力発生室と、 該圧力発生室に対応する領 域に少なくとも下電極、 圧電体層及び上電極を含む圧電素子を形成したインク ジエツト式記録へヅドにおいて、
前記圧電素子へ電圧を印加するためのリ一ド電極と当該圧電素子との接続部 が、 前記圧力発生室に対向する領域以外の前記圧力発生室に連通する流路と対 向する領域に設けられていることを特徴とするインクジェヅト式記録へヅド。
2 . 請求の範囲 1において、 前記圧力発生室の前記ノズル開口から遠い端部 に連通して幅および深さの少なくとも一方が当該圧力発生室より小さい狭隘部 と、 当該狭隘部を介して前記圧力発生室に連通する連通部とを有し、
前記圧電素子と前記リード電極との接続部が、 前記連通部に対向する領域に 設けられていることを特徴とするインクジヱット式記録へッド。
3 . 請求の範囲 2において、 前記狭隘部の幅が前記圧力発生室のそれより狭 く形成され、
前記上電極が、 前記圧力発生室に対向する領域毎に当該圧力発生室の幅より 狭く独立して形成され、且つ前記狭隙部に対向する部分に設けられた幅狭のリー ド部を介して前記連通部に対向する領域に設けられた部分と連続するように形 成されていることを特徴とするインクジエツト式記録へッド。
4. 請求の範囲 2において、 前記狭隘部の幅が前記圧力発生室のそれより狭 く形成され、
前記上電極が、 前記圧力発生室に対向する領域毎に当該圧力発生室の幅より 狭く独立して形成され、且つ前記狭隘部に対向する部分に設けられた幅狭のリー ド部を介して前記連通部に対向する領域に設けられた部分と連続するように形 成されており、
前記圧電体層が、 前記圧力発生室に対向する領域では前記上電極に対応して 形成され、 且つ前記狭隘部および前記連通部に対応する領域まで略同一幅で延 設されていることを特徴とするインクジエツト式記録へッド。
5 . 請求の範囲 2において、 前記狭隘部の幅が前記圧力発生室のそれより狭 く形成され、
前記圧電体層および前記上電極が、 前記圧力発生室に対向する領域毎に当該 圧力発生室の幅より狭く独立して形成され、 且つ前記狭隘部に対向する部分に 設けられた幅狭のリード部を介して前記連通部の対向する領域に設けられた部 分と連続するように形成されていることを特徴とするィンクジエツト式記録 へヅ ド。
6 . 請求の範囲 3〜 5の何れかにおいて、 幅狭に形成された前記リード部と、 前記圧力発生室に対向する領域の部分および前記連通部に対向する領域の部分 との境界部が R形状に形成されていることを特徴とするインクジヱ、ソト式記録 へヅ ド。
7 . 請求の範囲 2〜 6の何れかにおいて、 前記連通部は、 前記各圧力発生室 のそれそれに前記各狭隘部を介して連通する共通の «からなることを特徴と するインクジェット式記録へヅド。
8 . 請求の範囲 1〜 Ίの何れかにおいて、 前記上電極の上面には、 少なくと も前記リード電極との前記接続部に対応する部分に窓を有する絶縁体層が形成 されていることを特徴とするインクジェヅト式言己録へヅド。 9 . 請求の範囲 8において、 前記絶縁体層が、 酸ィ匕シリコス 窒ィ匕シリコン、 またはポリイミ ド等の有機材料により形成されていることを特徴とするインク ジエツト式記録へヅド。
1 0 . ノズル開口に連通する複数の圧力発生室と、 該圧力発生室に対応する 領域に少なくとも下電極、 圧電体層及び上電極を含む圧電素子を形成したィン クジェット式記録へヅドにおいて、
外部からインクが供給されるインク供給口に連通される連通部と前記圧力発 生室とが当該圧力発生室の幅よりも狭い幅を有する狭隘部を介して連通され、 前記圧力発生室の前記狭隘部側の端部近傍は、 その幅が徐々に狭くなる幅狭部 を有することを特徴とするインクジエツト式記録へツド。
1 1 . 請求の範囲 1 0において、 前記狭隘部の幅は、 前記圧力発生室の幅の 1〜9 9 %の範囲にあることを特徴とするィンクジエツト式言己録へッド。
1 2 . 請求の範囲 1 0又は 1 1において、 前記圧力発生室に対向する領域に 形成された前記圧電素子の少なくとも前記圧電体層が、 前記圧力発生室に対向 する領域から、 前記狭隘部及び前記連通部に対向する領域まで連続的に延設さ れていることを特徴とするインクジエツト式記録へヅド。
1 3 . 請求の範囲 1 0〜： L 2の何れかにおいて、 前記圧電素子へ電圧を印加 するためのリード電極と当該圧電素子との接続部が、 前記連通部に対向する領 域に設けられていることを特徴とするインクジヱヅト式記録へッド。
1 4 . 請求の範囲 1 2又は 1 3において、 前記圧電体層の幅は、 前記幅狭部 及び前記狭隘部の幅よりも狭いことを特徴とするインクジェヅト式記録へヅド。
1 5 . 請求の範囲 1 0〜： L 4の何れかにおいて、前記連通部のそれぞれには、 前記ィンク供給口からインクが供給される共通ィンク室が連通していることを 特徴とするインクジエツト式記録へヅド。
1 6 . 請求の範囲 1 0〜： L 4の何れかにおいて、 各圧力発生室に連通する連 通部が相互に連通されてリザーバを形成することを特徴とするインクジェット 式記録へッド。
1 7 . 請求の範囲 1〜 1 6の何れかにおいて、 前記狭隘部は、 前記圧力発生 室が画成された流路形成基板を貫通して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。
1 8 . 請求の範囲 1〜 1 7の何れかにおいて、 前記圧電素子が、 前記圧力発 生室を画成した流路形成基板上に形成された弾性膜上に形成されていることを 特徴とするインクジエツト式記録へヅド。
1 9 . 請求の範囲 1〜 1 8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インクジエツト 式記録へヅド。
2 0 . 請求の範囲 1〜 1 9の何れかのィンクジェット式記録へッドを具備す ることを特徴とするインクジエツト式記録装置。
2 1 . 流路形成基板の一方面に設けられた弾性膜上に下電極層、 圧電体層及 び上電極層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 に対応する領域に圧電素子を形成し、 他方面側から前記流路形成基板をェッチ ングしてノズル開口に連通する圧力発生室を形成するィンクジヱット式記録 へヅドの製造方法において、
前記圧力発生室の一端部に連通して当該圧力発生室の幅よりも狭い幅を有す る狭隘部を前記流路形成基板をェッチングによつて貫通することにより形成す るステップを有することを特徴とするインクジェヅト式記録へッドの製造方法。
2 2 . 請求の範囲 2 1において、 前記狭隘部を形成するステツプは、 前記圧 力発生室をエッチングにより形成するステップと同時に行われることを特徴と するインクジエツト式記録へヅドの製造方法。
2 3 . 請求の範囲 2 1又は 2 2において、 前記圧力発生室がシリコン単結晶 基板に異方性ェッチングにより形成され、 前記圧電素子の各層が薄膜及びリソ 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エツト式記 録ヘッドの製造方法。
PCT/JP1998/003192 1997-07-18 1998-07-16 Tete d'impression a jets d'encre, procede de fabrication de cette derniere et imprimante a jets d'encre WO1999003682A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP98932544A EP0925923A4 (en) 1997-07-18 1998-07-16 INK JET PRINTHEAD, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND INK JET PRINTER
US09/254,481 US6390608B1 (en) 1997-07-18 1998-07-16 Ink jet recording head, its manufacturing method and inkjet recording device

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9/194499 1997-07-18
JP19449997 1997-07-18
JP11509898 1998-04-24
JP10/115098 1998-04-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999003682A1 true WO1999003682A1 (fr) 1999-01-28

Family

ID=26453694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP1998/003192 WO1999003682A1 (fr) 1997-07-18 1998-07-16 Tete d'impression a jets d'encre, procede de fabrication de cette derniere et imprimante a jets d'encre

Country Status (3)

Country Link
US (2) US6390608B1 (ja)
EP (2) EP2000307B1 (ja)
WO (1) WO1999003682A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2004203504B2 (en) * 2000-10-20 2006-01-19 Zamtec Limited A method of selecting material for use as an expansive element in a thermoelastic actuator design
US20140267499A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Ricoh Company, Ltd. Droplet discharging head and image forming apparatus

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3868143B2 (ja) * 1999-04-06 2007-01-17 松下電器産業株式会社 圧電体薄膜素子及びこれを用いたインクジェット式記録ヘッド並びにこれらの製造方法
WO2001023185A1 (fr) * 1999-09-27 2001-04-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Tete d'impression a jet d'encre, procede de fabrication et imprimante ainsi obtenue
DE60005111T2 (de) 1999-11-15 2004-03-25 Seiko Epson Corp. Tintenstrahldruckkopf und Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung
US6631980B2 (en) 2000-01-19 2003-10-14 Seiko Epson Corporation Liquid jetting head
EP1256450B1 (en) 2000-02-18 2012-01-11 FUJIFILM Corporation Ink-jet recording head and method for manufacturing the same
JP2002248765A (ja) 2000-12-19 2002-09-03 Fuji Xerox Co Ltd インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェット式記録装置
DE10104323A1 (de) * 2001-01-24 2002-08-01 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen einer Rille mit einer Engstelle in der Oberfläche eines Bauteils und Bauteil
JP2004001431A (ja) * 2002-03-25 2004-01-08 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
US8412297B2 (en) * 2003-10-01 2013-04-02 Covidien Lp Forehead sensor placement
JP4556655B2 (ja) 2004-12-14 2010-10-06 ブラザー工業株式会社 インクジェット記録装置
JP4329734B2 (ja) 2005-06-20 2009-09-09 ブラザー工業株式会社 インクジェットヘッド
JP4207023B2 (ja) 2005-06-20 2009-01-14 ブラザー工業株式会社 インクジェットヘッド
US7600863B2 (en) 2006-01-04 2009-10-13 Xerox Corporation Inkjet jet stack external manifold
US7651204B2 (en) * 2006-09-14 2010-01-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fluid ejection device
US7914125B2 (en) * 2006-09-14 2011-03-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fluid ejection device with deflective flexible membrane
US8042913B2 (en) * 2006-09-14 2011-10-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fluid ejection device with deflective flexible membrane
JP6061088B2 (ja) * 2013-03-28 2017-01-18 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04216060A (ja) * 1990-12-17 1992-08-06 Seiko Epson Corp インクジェット記録ヘッド
JPH04345854A (ja) * 1991-05-23 1992-12-01 Seiko Epson Corp インクジェット記録装置
JPH05286131A (ja) 1992-04-15 1993-11-02 Rohm Co Ltd インクジェットプリントヘッドの製造方法及びインクジェットプリントヘッド
JPH06297701A (ja) * 1993-04-14 1994-10-25 Seiko Epson Corp インクジェットヘッド
JPH06320723A (ja) * 1993-05-12 1994-11-22 Seiko Epson Corp インクジェットヘッド

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4734706A (en) * 1986-03-10 1988-03-29 Tektronix, Inc. Film-protected print head for an ink jet printer or the like
IT1268870B1 (it) * 1993-08-23 1997-03-13 Seiko Epson Corp Testa di registrazione a getto d'inchiostro e procedimento per la sua fabbricazione.
DE4336416A1 (de) * 1993-10-19 1995-08-24 Francotyp Postalia Gmbh Face-Shooter-Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0800920B1 (en) 1996-04-10 2002-02-06 Seiko Epson Corporation Ink jet recording head

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04216060A (ja) * 1990-12-17 1992-08-06 Seiko Epson Corp インクジェット記録ヘッド
JPH04345854A (ja) * 1991-05-23 1992-12-01 Seiko Epson Corp インクジェット記録装置
JPH05286131A (ja) 1992-04-15 1993-11-02 Rohm Co Ltd インクジェットプリントヘッドの製造方法及びインクジェットプリントヘッド
JPH06297701A (ja) * 1993-04-14 1994-10-25 Seiko Epson Corp インクジェットヘッド
JPH06320723A (ja) * 1993-05-12 1994-11-22 Seiko Epson Corp インクジェットヘッド

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP0925923A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2004203504B2 (en) * 2000-10-20 2006-01-19 Zamtec Limited A method of selecting material for use as an expansive element in a thermoelastic actuator design
US20140267499A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Ricoh Company, Ltd. Droplet discharging head and image forming apparatus
US9238367B2 (en) * 2013-03-15 2016-01-19 Ricoh Company, Ltd. Droplet discharging head and image forming apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
US6390608B1 (en) 2002-05-21
US6416680B1 (en) 2002-07-09
EP0925923A1 (en) 1999-06-30
EP2000307A2 (en) 2008-12-10
EP0925923A4 (en) 2001-03-07
EP2000307B1 (en) 2013-09-11
EP2000307A3 (en) 2009-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1999003682A1 (fr) Tete d'impression a jets d'encre, procede de fabrication de cette derniere et imprimante a jets d'encre
US6764167B2 (en) Ink-jet recording head inkjet recording apparatus
JP3931976B2 (ja) アクチュエータ装置及びインクジェット式記録ヘッド並びにインクジェット式記録装置
US6315400B1 (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP3725390B2 (ja) 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
JP3555653B2 (ja) インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法
JP3522163B2 (ja) 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
JP2000246888A (ja) 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
JP2002036547A (ja) インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置
JPH11300971A (ja) 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
JP3636301B2 (ja) インクジェット式記録ヘッド
JP2000263785A (ja) アクチュエータ装置及びその製造方法並びに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
JP4645024B2 (ja) アクチュエータ装置の製造方法
JPH11309864A (ja) 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
JP3786178B2 (ja) インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置
JP2002059555A (ja) インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置
JP3531553B2 (ja) インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置
JP2000006395A (ja) 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
JP2003251805A (ja) 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
JPH11309858A (ja) インクジェット式記録ヘッド及びその駆動方法並びにインクジェット式記録装置
JPH1178015A (ja) 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
JPH11179902A (ja) 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
JP3539220B2 (ja) 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
JP3882898B2 (ja) インクジェット式記録ヘッドの製造方法
JP2000006402A (ja) インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1998932544

Country of ref document: EP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09254481

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1998932544

Country of ref document: EP