JP2002316417A - 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 - Google Patents
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Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧力発生室を高密度化でき、且つクロストー
クを防止できるインクジェット式記録ヘッド及びインク
ジェット式記録装置を提供する。 【解決手段】 ノズル開口に連通する圧力発生室１２が
複数の隔壁１１によって画成される流路形成基板１０
と、該流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設
けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０から
なる圧電素子３００とを具備するインクジェット式記録
ヘッドにおいて、前記振動板が引張り応力を有し、前記
圧力発生室１２の１［ｉｎｃｈ］当たりの配列個数ｎが
ｎ≧２００であると共に前記圧力発生室１２の幅ｗ及び
前記隔壁１１の厚さｄと前記圧力発生室１２の配列個数
ｎとの関係が（ｗ＋ｄ）＝１［ｉｎｃｈ］／ｎであり、
且つ前記隔壁１１の厚さｄをｄ≧１０［μｍ］とすると
共に前記流路形成基板１０の厚さｈと前記隔壁１１の厚
さｄとの関係を（ｄ×３）≦ｈ≦（ｄ×６）となるよう
にすることによって、隔壁１１の剛性を保持する。
クを防止できるインクジェット式記録ヘッド及びインク
ジェット式記録装置を提供する。 【解決手段】 ノズル開口に連通する圧力発生室１２が
複数の隔壁１１によって画成される流路形成基板１０
と、該流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設
けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０から
なる圧電素子３００とを具備するインクジェット式記録
ヘッドにおいて、前記振動板が引張り応力を有し、前記
圧力発生室１２の１［ｉｎｃｈ］当たりの配列個数ｎが
ｎ≧２００であると共に前記圧力発生室１２の幅ｗ及び
前記隔壁１１の厚さｄと前記圧力発生室１２の配列個数
ｎとの関係が（ｗ＋ｄ）＝１［ｉｎｃｈ］／ｎであり、
且つ前記隔壁１１の厚さｄをｄ≧１０［μｍ］とすると
共に前記流路形成基板１０の厚さｈと前記隔壁１１の厚
さｄとの関係を（ｄ×３）≦ｈ≦（ｄ×６）となるよう
にすることによって、隔壁１１の剛性を保持する。
Description
【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、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
２種類が実用化されている。
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
２種類が実用化されている。
【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。
【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧
電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法に
より圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生
室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案さ
れている。
【０００６】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドでは、近年、より高品質な印刷を実現するために、
ノズル開口のさらなる高密度化が望まれている。
ッドでは、近年、より高品質な印刷を実現するために、
ノズル開口のさらなる高密度化が望まれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ノズル
開口の高密度化を図るためには、圧力発生室を高密度に
配列しなければならず、圧力発生室を高密度に配列する
と各圧力発生室間の隔壁の厚さが薄くなり剛性が不足
し、隣接する圧力発生室間でクロストークが発生すると
いう問題がある。
開口の高密度化を図るためには、圧力発生室を高密度に
配列しなければならず、圧力発生室を高密度に配列する
と各圧力発生室間の隔壁の厚さが薄くなり剛性が不足
し、隣接する圧力発生室間でクロストークが発生すると
いう問題がある。
【０００８】本発明は、このような事情に鑑み、圧力発
生室を高密度化でき、且つクロストークを防止できるイ
ンクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装
置を提供することを課題とする。
生室を高密度化でき、且つクロストークを防止できるイ
ンクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装
置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が
複数の隔壁によって画成される流路形成基板と、該流路
形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた下電
極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する
インクジェット式記録ヘッドにおいて、前記振動板が引
張り応力を有し、前記圧力発生室の１［ｉｎｃｈ］当た
りの配列個数ｎがｎ≧２００であると共に前記圧力発生
室の幅ｗ及び前記隔壁の厚さｄと前記圧力発生室の配列
個数ｎとの関係が（ｗ＋ｄ）＝１［ｉｎｃｈ］／ｎであ
り、且つ前記隔壁の厚さｄがｄ≧１０［μｍ］であると
共に前記流路形成基板の厚さｈと前記隔壁の厚さｄとの
関係が（ｄ×３）≦ｈ≦（ｄ×６）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。
明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が
複数の隔壁によって画成される流路形成基板と、該流路
形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた下電
極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する
インクジェット式記録ヘッドにおいて、前記振動板が引
張り応力を有し、前記圧力発生室の１［ｉｎｃｈ］当た
りの配列個数ｎがｎ≧２００であると共に前記圧力発生
室の幅ｗ及び前記隔壁の厚さｄと前記圧力発生室の配列
個数ｎとの関係が（ｗ＋ｄ）＝１［ｉｎｃｈ］／ｎであ
り、且つ前記隔壁の厚さｄがｄ≧１０［μｍ］であると
共に前記流路形成基板の厚さｈと前記隔壁の厚さｄとの
関係が（ｄ×３）≦ｈ≦（ｄ×６）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。
【００１０】かかる第１の態様では、圧力発生室を比較
的高密度に配列しても、隔壁の剛性を保持でき、インク
吐出特性が良好に保持される。
的高密度に配列しても、隔壁の剛性を保持でき、インク
吐出特性が良好に保持される。
【００１１】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記流路形成基板の厚さｈと前記隔壁の厚さｄとの
関係が、（ｄ×４）≦ｈ≦（ｄ×５）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。
て、前記流路形成基板の厚さｈと前記隔壁の厚さｄとの
関係が、（ｄ×４）≦ｈ≦（ｄ×５）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。
【００１２】かかる第２の態様では、隔壁の剛性を確実
に確保することができ、インク吐出特性を常に良好に維
持することができる。
に確保することができ、インク吐出特性を常に良好に維
持することができる。
【００１３】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧力発生室のコンプライアンスに対する
前記隔壁のコンプライアンスの割合が、１０％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。
において、前記圧力発生室のコンプライアンスに対する
前記隔壁のコンプライアンスの割合が、１０％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。
【００１４】かかる第３の態様では、隔壁のコンプライ
アンスの割合が、比較的低いため、クロストークの影響
を小さく抑えることができる。
アンスの割合が、比較的低いため、クロストークの影響
を小さく抑えることができる。
【００１５】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記流路形成基板の厚さｈと前記圧力
発生室の幅ｗとの関係が、ｈ≧ｗを満たしていることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
の態様において、前記流路形成基板の厚さｈと前記圧力
発生室の幅ｗとの関係が、ｈ≧ｗを満たしていることを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１６】かかる第４の態様では、流路形成基板の厚
さｈの誤差による、特性変化が抑えられる。
さｈの誤差による、特性変化が抑えられる。
【００１７】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記圧電体層は、結晶が優先配向して
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。
の態様において、前記圧電体層は、結晶が優先配向して
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。
【００１８】かかる第５の態様では、圧電体層が薄膜工
程で成膜された結果、結晶が優先配向している。
程で成膜された結果、結晶が優先配向している。
【００１９】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記圧電体層は、（１００）面に優先配向している
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
て、前記圧電体層は、（１００）面に優先配向している
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５の態様では、圧電体層を所定の
薄膜工程で成膜した結果、結晶が（１００）面に優先配
向する。
薄膜工程で成膜した結果、結晶が（１００）面に優先配
向する。
【００２１】本発明の第７の態様は、第５又は６の態様
において、前記圧電体層は、結晶が菱面体晶であること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
において、前記圧電体層は、結晶が菱面体晶であること
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７の態様では、圧電体層を所定の
薄膜工程で成膜した結果、結晶が菱面体晶となる。
薄膜工程で成膜した結果、結晶が菱面体晶となる。
【００２３】本発明の第８の態様は、第５〜７の何れか
の態様において、前記圧電体層は、結晶が柱状となって
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。
の態様において、前記圧電体層は、結晶が柱状となって
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。
【００２４】かかる第８の態様では、圧電体層が薄膜工
程で成膜された結果、結晶が柱状となっている。
程で成膜された結果、結晶が柱状となっている。
【００２５】本発明の第９の態様は、第１〜８の何れか
の態様において、前記圧電体層の膜厚が、０．５〜２μ
ｍ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。
の態様において、前記圧電体層の膜厚が、０．５〜２μ
ｍ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。
【００２６】かかる第９の態様では、圧電体層の膜厚が
比較的薄いため、高密度のパターニングが可能となる。
比較的薄いため、高密度のパターニングが可能となる。
【００２７】本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れ
かの態様において、前記振動板及び前記圧電素子の各層
の応力の総和が、引張り応力となっ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。
かの態様において、前記振動板及び前記圧電素子の各層
の応力の総和が、引張り応力となっ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。
【００２８】かかる第１０の態様では、圧電素子及び振
動板の応力に起因する隔壁の振動板側先端の拘束力によ
ってクロストークが防止される。
動板の応力に起因する隔壁の振動板側先端の拘束力によ
ってクロストークが防止される。
【００２９】本発明の第１１の態様は、第１０の態様に
おいて、前記振動板の応力と前記下電極の応力との和
が、引張り応力となっ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。
おいて、前記振動板の応力と前記下電極の応力との和
が、引張り応力となっ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。
【００３０】かかる第１１の態様では、振動板及び下電
極等の応力によって隔壁がより確実に拘束されるため、
クロストークを確実に防止できる。
極等の応力によって隔壁がより確実に拘束されるため、
クロストークを確実に防止できる。
【００３１】本発明の第１２の態様は、第１０又は１１
の態様において、前記圧電体層が引張り応力を有するこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
の態様において、前記圧電体層が引張り応力を有するこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３２】かかる第１２の態様では、圧電体層の応力
によって隔壁がより確実に拘束されるため、クロストー
クを確実に防止できる。
によって隔壁がより確実に拘束されるため、クロストー
クを確実に防止できる。
【００３３】本発明の第１３の態様は、第１０〜１２の
何れかの態様において、前記振動板が、前記圧力発生室
側に圧縮応力を有する圧縮層を含むことを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドにある。
何れかの態様において、前記振動板が、前記圧力発生室
側に圧縮応力を有する圧縮層を含むことを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドにある。
【００３４】かかる第１３の態様では、振動板が圧縮層
を有する場合でも、振動板全体の応力、あるいは振動板
及び圧電素子の各層の応力の総和が引張りとなっていれ
ば、クロストークを防止することができる。
を有する場合でも、振動板全体の応力、あるいは振動板
及び圧電素子の各層の応力の総和が引張りとなっていれ
ば、クロストークを防止することができる。
【００３５】本発明の第１４の態様は、第１〜１３の何
れかの態様において、前記圧力発生室を画成した際に、
前記圧電素子が、前記圧力発生室側が凸となるように撓
んで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。
れかの態様において、前記圧力発生室を画成した際に、
前記圧電素子が、前記圧力発生室側が凸となるように撓
んで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。
【００３６】かかる第１４の態様では、振動板の応力に
よって、より確実にクロストークが防止される。
よって、より確実にクロストークが防止される。
【００３７】本発明の第１５の態様は、第１〜１４の何
れかの態様において、前記流路形成基板がシリコン単結
晶基板からなり、その他方面側を研磨することにより所
定の厚さに形成されていることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドにある。
れかの態様において、前記流路形成基板がシリコン単結
晶基板からなり、その他方面側を研磨することにより所
定の厚さに形成されていることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドにある。
【００３８】かかる第１５の態様では、流路形成基板の
厚さを研磨によって比較的容易に薄くすることができ
る。
厚さを研磨によって比較的容易に薄くすることができ
る。
【００３９】本発明の第１６の態様は、第１〜１４の何
れかの態様において、前記流路形成基板がシリコン単結
晶基板からなり、その他方面側に予め設けられている犠
牲基板を除去することにより所定の厚さに形成されてい
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。
れかの態様において、前記流路形成基板がシリコン単結
晶基板からなり、その他方面側に予め設けられている犠
牲基板を除去することにより所定の厚さに形成されてい
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにあ
る。
【００４０】かかる第１６の態様では、比較的厚さの薄
い流路形成基板を比較的容易に形成することができる。
い流路形成基板を比較的容易に形成することができる。
【００４１】本発明の第１７の態様は、第１〜１６の何
れかの態様において、前記圧力発生室が異方性エッチン
グにより形成され、前記圧電素子を構成する各層が成膜
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。
れかの態様において、前記圧力発生室が異方性エッチン
グにより形成され、前記圧電素子を構成する各層が成膜
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。
【００４２】かかる第１７の態様では、比較的容易に圧
力発生室を高精度且つ高密度に形成することができる。
力発生室を高精度且つ高密度に形成することができる。
【００４３】本発明の第１８の態様は、第１〜１７の何
れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備するこ
とを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備するこ
とを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００４４】かかる第１８の態様では、高速且つ高品質
印刷が可能なインクジェット式記録装置を実現できる。
印刷が可能なインクジェット式記録装置を実現できる。
【００４５】
【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。
て詳細に説明する。
【００４６】（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
である。また、図２（ａ）は、図１の平面図であり、図
２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、図３は、図
２（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
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
である。また、図２（ａ）は、図１の平面図であり、図
２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、図３は、図
２（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００４７】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなり、その一方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１〜２［μｍ］の弾性膜５０
が形成されている。
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなり、その一方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１〜２［μｍ］の弾性膜５０
が形成されている。
【００４８】この流路形成基板１０には、シリコン単結
晶基板をその一方面側から異方性エッチングすることに
より、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１
２が幅方向に並設されている。また、その長手方向外側
には、後述するリザーバ形成基板のリザーバ３１と連通
孔５１を介して連通される連通部１３が形成されてい
る。また、この連通部１３は、各圧力発生室１２の長手
方向一端部でそれぞれインク供給路１４を介して連通さ
れている。
晶基板をその一方面側から異方性エッチングすることに
より、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１
２が幅方向に並設されている。また、その長手方向外側
には、後述するリザーバ形成基板のリザーバ３１と連通
孔５１を介して連通される連通部１３が形成されてい
る。また、この連通部１３は、各圧力発生室１２の長手
方向一端部でそれぞれインク供給路１４を介して連通さ
れている。
【００４９】また、この圧力発生室１２は、配列密度が
１インチ当たり２００個以上、本実施形態では、例え
ば、３６０個と比較的高密度に配列されている。
１インチ当たり２００個以上、本実施形態では、例え
ば、３６０個と比較的高密度に配列されている。
【００５０】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われ
る。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫ
ＯＨ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（１１
０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが
出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して
（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０である
という性質を利用して行われる。かかる異方性エッチン
グにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第
２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加
工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室
１２を高密度に配列することができる。
結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われ
る。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫ
ＯＨ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（１１
０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが
出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して
（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０である
という性質を利用して行われる。かかる異方性エッチン
グにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第
２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加
工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室
１２を高密度に配列することができる。
【００５１】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。ここで、弾性膜５０は、
シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵
される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一
端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２よ
り浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するイン
クの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク
供給路１４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。
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。ここで、弾性膜５０は、
シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵
される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一
端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２よ
り浅く形成されており、圧力発生室１２に流入するイン
クの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク
供給路１４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。
【００５２】また、流路形成基板１０の他方面側には、
各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通
するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が
接着剤によって接合されている。本実施形態では、ノズ
ルプレート２０は、シリコン単結晶基板からなり、ドラ
イエッチングにより複数のノズル開口２１が形成されて
いる。なお、本実施形態では、ノズル開口２１は、イン
ク滴が吐出されるノズル部２１ａと、ノズル部２１ａよ
りも大きい径で形成されノズル部２１ａと圧力発生室１
２とを連通するノズル連通部２１ｂとからなる。
各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通
するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が
接着剤によって接合されている。本実施形態では、ノズ
ルプレート２０は、シリコン単結晶基板からなり、ドラ
イエッチングにより複数のノズル開口２１が形成されて
いる。なお、本実施形態では、ノズル開口２１は、イン
ク滴が吐出されるノズル部２１ａと、ノズル部２１ａよ
りも大きい径で形成されノズル部２１ａと圧力発生室１
２とを連通するノズル連通部２１ｂとからなる。
【００５３】このように本実施形態では、ノズルプレー
ト２０が流路形成基板１０と同一材料で形成されている
ため、流路形成基板１０との接着時の熱工程や実装時の
後工程の熱工程で、反りや応力の発生がなく、流路形成
基板１０あるいはノズルプレート２０に割れが発生する
ことがない。
ト２０が流路形成基板１０と同一材料で形成されている
ため、流路形成基板１０との接着時の熱工程や実装時の
後工程の熱工程で、反りや応力の発生がなく、流路形成
基板１０あるいはノズルプレート２０に割れが発生する
ことがない。
【００５４】なお、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２１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２１は数十［μｍ］の直径で精度よく形成する必
要がある。
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２１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２１は数十［μｍ］の直径で精度よく形成する必
要がある。
【００５５】一方、流路形成基板１０に設けられた弾性
膜５０上には、厚さが例えば、約０．２［μｍ］の下電
極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜２［μｍ］の圧
電体層７０と、厚さが例えば、約０．１［μｍ］の上電
極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧
電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００
は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を
含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか
一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７
０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。
そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極
及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加
により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本
実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電
極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極とし
ているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支
障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧
電体能動部が形成されていることになる。また、ここで
は、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により
変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと
称する。なお、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極
膜６０が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を
兼ねるようにしてもよい。また、振動板の応力を引張り
応力とするために、弾性膜５０上に、例えば、酸化ジル
コニウム（ＺｒＯ２）等からなる補強層等を設けるよう
にしてもよい。
膜５０上には、厚さが例えば、約０．２［μｍ］の下電
極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜２［μｍ］の圧
電体層７０と、厚さが例えば、約０．１［μｍ］の上電
極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧
電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００
は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を
含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか
一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７
０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。
そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極
及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加
により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本
実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電
極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極とし
ているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支
障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧
電体能動部が形成されていることになる。また、ここで
は、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により
変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと
称する。なお、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極
膜６０が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を
兼ねるようにしてもよい。また、振動板の応力を引張り
応力とするために、弾性膜５０上に、例えば、酸化ジル
コニウム（ＺｒＯ２）等からなる補強層等を設けるよう
にしてもよい。
【００５６】このように、圧力発生室１２が、１［ｉｎ
ｃｈ］（＝２５．４［ｍｍ］）当たりの配列個数ｎがｎ
≧２００となるように比較的高密度に配列され、圧力発
生室１２の幅ｗ及び隔壁１１の厚さｄと圧力発生室１２
の配列個数ｎとの関係が、（ｗ＋ｄ）＝１［ｉｎｃｈ］
／ｎであるインクジェット式記録ヘッドでは、以下の条
件を満たしていることが好ましい。すなわち、振動板が
引張り応力を有し、隔壁の厚さｄが、ｄ≧１０［μｍ］
であり且つ流路形成基板の厚さｈ（圧力発生室１２の深
さ）と隔壁１１の厚さｄとの関係が、（ｄ×３）≦ｈ≦
（ｄ×６）となっていることが好ましく、さらに好まし
くは（ｄ×４）≦ｈ≦（ｄ×５）である。
ｃｈ］（＝２５．４［ｍｍ］）当たりの配列個数ｎがｎ
≧２００となるように比較的高密度に配列され、圧力発
生室１２の幅ｗ及び隔壁１１の厚さｄと圧力発生室１２
の配列個数ｎとの関係が、（ｗ＋ｄ）＝１［ｉｎｃｈ］
／ｎであるインクジェット式記録ヘッドでは、以下の条
件を満たしていることが好ましい。すなわち、振動板が
引張り応力を有し、隔壁の厚さｄが、ｄ≧１０［μｍ］
であり且つ流路形成基板の厚さｈ（圧力発生室１２の深
さ）と隔壁１１の厚さｄとの関係が、（ｄ×３）≦ｈ≦
（ｄ×６）となっていることが好ましく、さらに好まし
くは（ｄ×４）≦ｈ≦（ｄ×５）である。
【００５７】これにより、圧力発生室１２を比較的高密
度に配列しても、隔壁１１の剛性が確実に保持され、ク
ロストークの発生を防止することができる。すなわち、
圧力発生室１２を高密度に配列すると隔壁１１の厚さは
薄くなるが、圧力発生室１２の幅ｗ及び隔壁１１の厚さ
ｄが上述した条件を満たし、隔壁１１の厚さｄに応じて
流路形成基板１０の厚さｈを上述した条件を満たす厚さ
とすれば、隔壁１１の剛性は確実に保持される。
度に配列しても、隔壁１１の剛性が確実に保持され、ク
ロストークの発生を防止することができる。すなわち、
圧力発生室１２を高密度に配列すると隔壁１１の厚さは
薄くなるが、圧力発生室１２の幅ｗ及び隔壁１１の厚さ
ｄが上述した条件を満たし、隔壁１１の厚さｄに応じて
流路形成基板１０の厚さｈを上述した条件を満たす厚さ
とすれば、隔壁１１の剛性は確実に保持される。
【００５８】振動板が薄膜プロセスで形成され且つ引張
り応力を有していれば、隔壁１１の振動板側の先端が自
由端でなく単純支持された構造と見なすことができ、こ
のとき上述した条件を満たせば、クロストークを確実に
防止することができる。
り応力を有していれば、隔壁１１の振動板側の先端が自
由端でなく単純支持された構造と見なすことができ、こ
のとき上述した条件を満たせば、クロストークを確実に
防止することができる。
【００５９】ここで、本実施形態では、振動板は、弾性
膜５０及び下電極膜６０からなるため、振動板の応力が
引張り応力であるとは、弾性膜５０の応力と下電極膜６
０の応力との和が引張り応力であることを意味する。例
えば、本実施形態では、弾性膜５０が圧縮応力を有する
と共に下電極膜６０が引張り応力を有し、振動板全体と
して引張り応力となっている。また、下電極膜６０が各
圧電素子３００毎にパターニングされて振動板として作
用しない場合でも、圧力発生室１２に対向する領域で
は、振動板として作用する弾性膜５０の応力と下電極膜
６０の応力との和は、引張り応力であることが好まし
い。また、このように振動板が引張り応力を有すること
により、圧力発生室１２を形成した際、すなわち、初期
状態で、圧電素子３００が圧力発生室１２側に凸となる
ように撓んでいることが好ましい。
膜５０及び下電極膜６０からなるため、振動板の応力が
引張り応力であるとは、弾性膜５０の応力と下電極膜６
０の応力との和が引張り応力であることを意味する。例
えば、本実施形態では、弾性膜５０が圧縮応力を有する
と共に下電極膜６０が引張り応力を有し、振動板全体と
して引張り応力となっている。また、下電極膜６０が各
圧電素子３００毎にパターニングされて振動板として作
用しない場合でも、圧力発生室１２に対向する領域で
は、振動板として作用する弾性膜５０の応力と下電極膜
６０の応力との和は、引張り応力であることが好まし
い。また、このように振動板が引張り応力を有すること
により、圧力発生室１２を形成した際、すなわち、初期
状態で、圧電素子３００が圧力発生室１２側に凸となる
ように撓んでいることが好ましい。
【００６０】このように振動板の応力が、引張り応力で
あることにより、この振動板の応力に起因する拘束力に
よって隔壁１１の振動板側先端部が拘束されるため、ク
ロストークを防止することができる。
あることにより、この振動板の応力に起因する拘束力に
よって隔壁１１の振動板側先端部が拘束されるため、ク
ロストークを防止することができる。
【００６１】なお、本実施形態では、振動板である弾性
膜５０と下電極膜６０との応力の和が引張り応力である
と共に、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０は引
張り応力を有しており圧電素子３００の各層及び振動板
の応力の総和が引張り応力となっている。このように、
振動板の応力は引張り応力であり且つ振動板及び圧電素
子３００の各層の応力の総和が引張り応力となっている
ことが望ましいが、少なくとも振動板及び圧電素子３０
０の各層の応力の総和が引張り応力であれば、この応力
によって隔壁１１の振動板側先端部が拘束されるため、
クロストークを防止することができる。
膜５０と下電極膜６０との応力の和が引張り応力である
と共に、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０は引
張り応力を有しており圧電素子３００の各層及び振動板
の応力の総和が引張り応力となっている。このように、
振動板の応力は引張り応力であり且つ振動板及び圧電素
子３００の各層の応力の総和が引張り応力となっている
ことが望ましいが、少なくとも振動板及び圧電素子３０
０の各層の応力の総和が引張り応力であれば、この応力
によって隔壁１１の振動板側先端部が拘束されるため、
クロストークを防止することができる。
【００６２】また、隔壁１１の厚さｄは、ｄ≧１０［μ
ｍ］、好ましくは、３０［μｍ］≧ｄ≧１０［μｍ］で
あり且つこの隔壁１１の厚さｄと流路形成基板１０の厚
さｈとの関係が、ｈ≦（ｄ×６）を満たしていれば、所
定の剛性を保持してクロストークを確実に防止すること
ができる。
ｍ］、好ましくは、３０［μｍ］≧ｄ≧１０［μｍ］で
あり且つこの隔壁１１の厚さｄと流路形成基板１０の厚
さｈとの関係が、ｈ≦（ｄ×６）を満たしていれば、所
定の剛性を保持してクロストークを確実に防止すること
ができる。
【００６３】また、流路形成基板１０の厚さｈ、すなわ
ち、隔壁１１の高さが低ければ低いほど隔壁１１の剛性
は向上し、より確実にクロストークを防止できるが、良
好なインク吐出特性を得るためには、圧力発生室１２の
幅方向の断面積ができるだけ大きいことが好ましく、流
路形成基板１０の厚さｈ（圧力発生室１２の深さ）が隔
壁１１の厚さｄに対して、ｈ≧（ｄ×３）の関係を満た
していることが好ましい。また、圧力発生室１２の幅ｗ
も、当然できるだけ広くすることが好ましい。
ち、隔壁１１の高さが低ければ低いほど隔壁１１の剛性
は向上し、より確実にクロストークを防止できるが、良
好なインク吐出特性を得るためには、圧力発生室１２の
幅方向の断面積ができるだけ大きいことが好ましく、流
路形成基板１０の厚さｈ（圧力発生室１２の深さ）が隔
壁１１の厚さｄに対して、ｈ≧（ｄ×３）の関係を満た
していることが好ましい。また、圧力発生室１２の幅ｗ
も、当然できるだけ広くすることが好ましい。
【００６４】以上のことから、隔壁１１の厚さｄが、ｄ
≧１０［μｍ］であり、隔壁１１の厚さｄと流路形成基
板１０の厚さｈとの関係が、（ｄ×３）≦ｈ≦（ｄ×
６）を満たしていれば、隔壁の剛性を確保してできクロ
ストークを確実に防止することができる。
≧１０［μｍ］であり、隔壁１１の厚さｄと流路形成基
板１０の厚さｈとの関係が、（ｄ×３）≦ｈ≦（ｄ×
６）を満たしていれば、隔壁の剛性を確保してできクロ
ストークを確実に防止することができる。
【００６５】ここで、このような隔壁１１の厚さｄと、
流路形成基板の厚さｈ（圧力発生室１２の深さ）との関
係の規定は、各圧力発生室１２を区画する隔壁１１のコ
ンプライアンス割合が、各圧力発生室１２のコンプライ
アンス、すなわち、隔壁１１、振動板及び圧力発生室１
２内のインクのそれぞれのコンプライアンスの合計に対
して１０％以下、特に５％以下であれば、クロストーク
の発生を抑えることができるという知見に基づくもので
ある。
流路形成基板の厚さｈ（圧力発生室１２の深さ）との関
係の規定は、各圧力発生室１２を区画する隔壁１１のコ
ンプライアンス割合が、各圧力発生室１２のコンプライ
アンス、すなわち、隔壁１１、振動板及び圧力発生室１
２内のインクのそれぞれのコンプライアンスの合計に対
して１０％以下、特に５％以下であれば、クロストーク
の発生を抑えることができるという知見に基づくもので
ある。
【００６６】また、圧力発生室１２の流路抵抗は、圧力
発生室１２の長辺の長さより短辺の長さに大きく影響を
受ける。また、圧力発生室１２の幅ｗは、圧力発生室１
２の深さ（流路形成基板１０の厚さｈ）よりも高精度に
制御することができる。このため、インク吐出特性に大
きく影響する短辺が圧力発生室１２の幅ｗであることが
好ましい。すなわち、圧力発生室１２の幅ｗと流路形成
基板１０の厚さｈとの関係が、ｈ≧ｗであることが好ま
しい。これにより、各圧力発生室１２で良好で且つ均一
なインク吐出特性を得ることができる。
発生室１２の長辺の長さより短辺の長さに大きく影響を
受ける。また、圧力発生室１２の幅ｗは、圧力発生室１
２の深さ（流路形成基板１０の厚さｈ）よりも高精度に
制御することができる。このため、インク吐出特性に大
きく影響する短辺が圧力発生室１２の幅ｗであることが
好ましい。すなわち、圧力発生室１２の幅ｗと流路形成
基板１０の厚さｈとの関係が、ｈ≧ｗであることが好ま
しい。これにより、各圧力発生室１２で良好で且つ均一
なインク吐出特性を得ることができる。
【００６７】ここで、下記表１に示す条件で実施例１〜
４及び比較例１〜３のインクジェット式記録ヘッドを作
成し、それぞれ隔壁１１のコンプライアンス割合を調べ
た。その結果を下記表１に併せて示す。
４及び比較例１〜３のインクジェット式記録ヘッドを作
成し、それぞれ隔壁１１のコンプライアンス割合を調べ
た。その結果を下記表１に併せて示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】表１に示すように、各実施例及び比較例で
は、圧力発生室１２の１インチ当たりの配列個数ｎをｎ
＝３６０としているため、圧力発生室１２の幅ｗと隔壁
１１の厚さｄとの和は、（ｗ＋ｄ）≒７０［μｍ］とな
る。また、圧力発生室１２の幅ｗをｗ≒５５［μｍ］と
しているため、隔壁１１の厚さｄはｄ≒１５［μｍ］と
なる。
は、圧力発生室１２の１インチ当たりの配列個数ｎをｎ
＝３６０としているため、圧力発生室１２の幅ｗと隔壁
１１の厚さｄとの和は、（ｗ＋ｄ）≒７０［μｍ］とな
る。また、圧力発生室１２の幅ｗをｗ≒５５［μｍ］と
しているため、隔壁１１の厚さｄはｄ≒１５［μｍ］と
なる。
【００７０】そして、実施例１〜４では、隔壁１１の厚
さｄと流路形成基板１０の厚さｈ（圧力発生室１２の深
さ）との関係が（ｄ×３）≦ｈ≦（ｄ×６）を満たすよ
うに、流路形成基板１０の厚さｈを４５〜９０［μｍ］
の範囲で変化させた。
さｄと流路形成基板１０の厚さｈ（圧力発生室１２の深
さ）との関係が（ｄ×３）≦ｈ≦（ｄ×６）を満たすよ
うに、流路形成基板１０の厚さｈを４５〜９０［μｍ］
の範囲で変化させた。
【００７１】一方、比較例１〜３は、流路形成基板１０
の厚さｈをそれぞれ、３０，１０５，１２０［μｍ］と
した以外は、実施例と同様である。
の厚さｈをそれぞれ、３０，１０５，１２０［μｍ］と
した以外は、実施例と同様である。
【００７２】このような寸法で形成した実施例１〜４の
インクジェット式記録ヘッドでは、隔壁１１のコンプラ
イアンス割合が０．６〜７．２％と１０％よりも小さく
なる。また、圧力発生室１２の深さ（流路形成基板１０
の厚さｈ）と幅ｗとの比ｗ／ｈは０．６〜１．２であ
り、圧力発生室１２の幅は、深さと略同等かそれよりも
小さくなる。したがって、クロストークを発生すること
なく良好なインク吐出特性を得ることができる。
インクジェット式記録ヘッドでは、隔壁１１のコンプラ
イアンス割合が０．６〜７．２％と１０％よりも小さく
なる。また、圧力発生室１２の深さ（流路形成基板１０
の厚さｈ）と幅ｗとの比ｗ／ｈは０．６〜１．２であ
り、圧力発生室１２の幅は、深さと略同等かそれよりも
小さくなる。したがって、クロストークを発生すること
なく良好なインク吐出特性を得ることができる。
【００７３】これに対し、比較例１のインクジェット式
記録ヘッドでは、隔壁のコンプライアンスは、０．１％
と極めて小さくクロストークを防止することはできる
が、圧力発生室の深さと幅との比ｗ／ｈが１．８と極め
て大きく、均一な吐出特性を得ることはできない。
記録ヘッドでは、隔壁のコンプライアンスは、０．１％
と極めて小さくクロストークを防止することはできる
が、圧力発生室の深さと幅との比ｗ／ｈが１．８と極め
て大きく、均一な吐出特性を得ることはできない。
【００７４】また、比較例２及び３のインクジェット式
記録ヘッドでは、隔壁のコンプライアンス割合が１０％
以上と大きくなってしまうため、クロストークが発生し
て良好なインク吐出特性を得ることはできない。
記録ヘッドでは、隔壁のコンプライアンス割合が１０％
以上と大きくなってしまうため、クロストークが発生し
て良好なインク吐出特性を得ることはできない。
【００７５】この結果からも明らかなように、隔壁１１
の厚さｄと流路形成基板１０の厚さｈとの関係を（ｄ×
３）≦ｈ≦（ｄ×６）を満たすように、特に、（ｄ×
４）≦ｈ≦（ｄ×５）を満たすように規定すれば、クロ
ストークを防止して良好なインク吐出特性を得ることが
できる。
の厚さｄと流路形成基板１０の厚さｈとの関係を（ｄ×
３）≦ｈ≦（ｄ×６）を満たすように、特に、（ｄ×
４）≦ｈ≦（ｄ×５）を満たすように規定すれば、クロ
ストークを防止して良好なインク吐出特性を得ることが
できる。
【００７６】以下、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法について、図４及び図５を参照して説明
する。図４及び図５は、圧力発生室１２の長手方向の断
面図である。なお、図４（ｂ）〜（ｄ）及び図５
（ａ），（ｂ）では、圧力発生室１２は形成前であるた
め点線で示す。
ッドの製造方法について、図４及び図５を参照して説明
する。図４及び図５は、圧力発生室１２の長手方向の断
面図である。なお、図４（ｂ）〜（ｄ）及び図５
（ａ），（ｂ）では、圧力発生室１２は形成前であるた
め点線で示す。
【００７７】まず、図４（ａ）に示すように、流路形成
基板１０の一方面に弾性膜５０を形成する。具体的に
は、例えば、厚さが２２０［μｍ］の流路形成基板１０
となるシリコン単結晶基板を約１１００［℃］の拡散炉
で熱酸化することにより、流路形成基板１０の一方面に
酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。
基板１０の一方面に弾性膜５０を形成する。具体的に
は、例えば、厚さが２２０［μｍ］の流路形成基板１０
となるシリコン単結晶基板を約１１００［℃］の拡散炉
で熱酸化することにより、流路形成基板１０の一方面に
酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。
【００７８】次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタ
リングで下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下
電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成す
る。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等
が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル
法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲
気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００［℃］程度の
温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。す
なわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化
雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧
電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用
いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少な
いことが望ましく、これらの理由から白金が好適であ
る。
リングで下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下
電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成す
る。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）等
が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル
法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲
気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００［℃］程度の
温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。す
なわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化
雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧
電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用
いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少な
いことが望ましく、これらの理由から白金が好適であ
る。
【００７９】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体層
７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向して
いることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有
機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥し
てゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物か
らなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用
いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層
７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛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。なお、この圧電体層７０の
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング
法で形成してもよい。
７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向して
いることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有
機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥し
てゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物か
らなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用
いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層
７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛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。なお、この圧電体層７０の
成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング
法で形成してもよい。
【００８０】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。
【００８１】何れにしても、このように成膜された圧電
体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、例えば、本実施形態の圧電体層７０は、（１
００）面に優先配向している。なお、優先配向とは、結
晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一
定の方向に向いている状態をいう。
体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、例えば、本実施形態の圧電体層７０は、（１
００）面に優先配向している。なお、優先配向とは、結
晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一
定の方向に向いている状態をいう。
【００８２】また、圧電体層７０は、結晶が柱状に形成
されており、且つ結晶が菱面体晶となっている。なお、
結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ
方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜
を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の
結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このよう
に薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に
０．２〜５［μｍ］である。
されており、且つ結晶が菱面体晶となっている。なお、
結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ
方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜
を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の
結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このよう
に薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に
０．２〜５［μｍ］である。
【００８３】次に、図４（ｄ）に示すように、上電極膜
８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料で
あればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態
では、白金をスパッタリングにより成膜している。
８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料で
あればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多
くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態
では、白金をスパッタリングにより成膜している。
【００８４】次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層
７０及び上電極膜８０のみをパターニングして、各圧力
発生室１２に対向する領域に圧電素子３００を形成す
る。
７０及び上電極膜８０のみをパターニングして、各圧力
発生室１２に対向する領域に圧電素子３００を形成す
る。
【００８５】次に、図５（ｂ）に示すように、リード電
極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等
からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘
って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニン
グする。
極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等
からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘
って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニン
グする。
【００８６】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、前述したアルカリ溶液によるシ
リコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、図５
（ｃ）に示すように、圧力発生室１２及びインク供給路
１４、並びに図示しない連通部１３を同時に形成する。
して膜形成を行った後、前述したアルカリ溶液によるシ
リコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、図５
（ｃ）に示すように、圧力発生室１２及びインク供給路
１４、並びに図示しない連通部１３を同時に形成する。
【００８７】その後、図５（ｄ）に示すように、この流
路形成基板１０の圧電素子３００とは反対側の表面を研
磨して、流路形成基板１０を所定の厚さ、本実施形態で
は、約７０μｍの厚さとした。
路形成基板１０の圧電素子３００とは反対側の表面を研
磨して、流路形成基板１０を所定の厚さ、本実施形態で
は、約７０μｍの厚さとした。
【００８８】なお、本実施形態では、流路形成基板１０
を研磨することによって所定の厚さとするようにした
が、流路形形成基板１０は、予め所定の厚さに形成され
たものを用いてもよい。この場合、圧電素子３００等の
形成工程での取り扱いが困難であるため、例えば、流路
形成基板１０（シリコンウェハ）の一方面に、２００μ
ｍ程度の厚さを有する犠牲ウェハを予め接合しておき、
最終的にこの犠牲ウェハを除去するようにしてもよい。
を研磨することによって所定の厚さとするようにした
が、流路形形成基板１０は、予め所定の厚さに形成され
たものを用いてもよい。この場合、圧電素子３００等の
形成工程での取り扱いが困難であるため、例えば、流路
形成基板１０（シリコンウェハ）の一方面に、２００μ
ｍ程度の厚さを有する犠牲ウェハを予め接合しておき、
最終的にこの犠牲ウェハを除去するようにしてもよい。
【００８９】なお、上述した圧電素子３００、圧力発生
室１２等は、一連の膜形成及び異方性エッチングによっ
て、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プ
ロセス終了後、上述したようにノズルプレート２０を接
合し、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成
基板１０毎に分割する。そして、分割した流路形成基板
１０に、後述するリザーバ形成基板３０及びコンプライ
アンス基板４０を順次接着して一体化し、インクジェッ
ト式記録ヘッドとする。
室１２等は、一連の膜形成及び異方性エッチングによっ
て、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プ
ロセス終了後、上述したようにノズルプレート２０を接
合し、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成
基板１０毎に分割する。そして、分割した流路形成基板
１０に、後述するリザーバ形成基板３０及びコンプライ
アンス基板４０を順次接着して一体化し、インクジェッ
ト式記録ヘッドとする。
【００９０】すなわち、図１〜図３に示すように、圧力
発生室１２等が形成された流路形成基板１０の圧電素子
３００側には、各圧力発生室１２の共通のインク室であ
るリザーバ３１を有するリザーバ形成基板３０が接合さ
れている。このリザーバ３１は、本実施形態では、リザ
ーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２
の並設方向に亘って形成されている。
発生室１２等が形成された流路形成基板１０の圧電素子
３００側には、各圧力発生室１２の共通のインク室であ
るリザーバ３１を有するリザーバ形成基板３０が接合さ
れている。このリザーバ３１は、本実施形態では、リザ
ーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２
の並設方向に亘って形成されている。
【００９１】このリザーバ形成基板３０としては、例え
ば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板１０の熱
膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施
形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結
晶基板を用いて形成した。これにより、上述のノズルプ
レート２０の場合と同様に、熱硬化性の接着剤を用いた
高温での接着であっても両者を確実に接着することがで
きる。したがって、製造工程を簡略化することができ
る。
ば、ガラス、セラミック材料等の流路形成基板１０の熱
膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施
形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結
晶基板を用いて形成した。これにより、上述のノズルプ
レート２０の場合と同様に、熱硬化性の接着剤を用いた
高温での接着であっても両者を確実に接着することがで
きる。したがって、製造工程を簡略化することができ
る。
【００９２】さらに、このリザーバ形成基板３０には、
封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス
基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛
性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６［μ
ｍ］のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィル
ム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ３１の
一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等
の硬質の材料（例えば、厚さが３０［μｍ］のステンレ
ス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリ
ザーバ３１に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去さ
れた開口部４３となっているため、リザーバ３１の一方
面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧
力の変化によって変形可能な可撓部３２となっている。
封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス
基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛
性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６［μ
ｍ］のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィル
ム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ３１の
一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等
の硬質の材料（例えば、厚さが３０［μｍ］のステンレ
ス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリ
ザーバ３１に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去さ
れた開口部４３となっているため、リザーバ３１の一方
面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止され、内部圧
力の変化によって変形可能な可撓部３２となっている。
【００９３】また、このリザーバ３１の長手方向略中央
部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ３
１にインクを供給するためのインク導入口３５が形成さ
れている。さらに、リザーバ形成基板３０には、インク
導入口３５とリザーバ３１の側壁とを連通するインク導
入路３６が設けられている。
部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ３
１にインクを供給するためのインク導入口３５が形成さ
れている。さらに、リザーバ形成基板３０には、インク
導入口３５とリザーバ３１の側壁とを連通するインク導
入路３６が設けられている。
【００９４】一方、リザーバ形成基板３０の圧電素子３
００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害
しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可
能な圧電素子保持部３３が設けられている。そして、圧
電素子３００は、この圧電素子保持部３３内に密封さ
れ、大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素子３０
０の破壊を防止している。
００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害
しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可
能な圧電素子保持部３３が設けられている。そして、圧
電素子３００は、この圧電素子保持部３３内に密封さ
れ、大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素子３０
０の破壊を防止している。
【００９５】なお、このように構成したインクジェット
式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続
したインク導入口３５からインクを取り込み、リザーバ
３１からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満た
した後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従
い、上電極膜８０と下電極膜６０との間に電圧を印加
し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわ
み変形させることにより、圧力発生室１２内の圧力が高
まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続
したインク導入口３５からインクを取り込み、リザーバ
３１からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満た
した後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従
い、上電極膜８０と下電極膜６０との間に電圧を印加
し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわ
み変形させることにより、圧力発生室１２内の圧力が高
まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００９６】（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。
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。
【００９７】例えば、上述の実施形態では、成膜及びリ
ソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のイン
クジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定
されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付す
る等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式
記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
ソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のイン
クジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定
されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付す
る等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式
記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
【００９８】また、上述の実施形態では、たわみ変位型
の圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドについ
て説明したが、例えば、圧電材料と電極形成材料とをサ
ンドイッチ状に交互に挟んで積層した構造の縦振動モー
ドの圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。但し、何れの場合にも、振動板が
引張り応力を有していることが必要である。
の圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドについ
て説明したが、例えば、圧電材料と電極形成材料とをサ
ンドイッチ状に交互に挟んで積層した構造の縦振動モー
ドの圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。但し、何れの場合にも、振動板が
引張り応力を有していることが必要である。
【００９９】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。
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。
【０１００】また、上述した実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。
【０１０１】図６に示すように、インクジェット式記録
ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、イ
ンク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着
脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１
Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けら
れたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。
ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、イ
ンク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着
脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１
Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けら
れたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。
【０１０２】そして、駆動モータ６の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリ
ッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及
び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿っ
て移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿
ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記
録媒体である記録シートＳがプラテン８上に搬送される
ようになっている。
い複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリ
ッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及
び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿っ
て移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿
ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記
録媒体である記録シートＳがプラテン８上に搬送される
ようになっている。
【０１０３】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、振動板
が引張り応力を有し、圧力発生室の１［ｉｎｃｈ］当た
りの配列個数ｎがｎ≧２００であると共に圧力発生室の
幅ｗ及び隔壁の厚さｄと圧力発生室の配列個数ｎとの関
係が（ｗ＋ｄ）＝１［ｉｎｃｈ］／ｎであり、且つ隔壁
の厚さｄがｄ≧１０［μｍ］であると共に流路形成基板
の厚さｈと隔壁の厚さｄとの関係が（ｄ×３）≦ｈ≦
（ｄ×６）であるようにしたので、圧力発生室を高密度
に配列しても、隔壁の剛性を保持してクロストークを防
止することができる。したがって、良好なインク吐出特
性を保持して高品質印刷を実現することができる。
が引張り応力を有し、圧力発生室の１［ｉｎｃｈ］当た
りの配列個数ｎがｎ≧２００であると共に圧力発生室の
幅ｗ及び隔壁の厚さｄと圧力発生室の配列個数ｎとの関
係が（ｗ＋ｄ）＝１［ｉｎｃｈ］／ｎであり、且つ隔壁
の厚さｄがｄ≧１０［μｍ］であると共に流路形成基板
の厚さｈと隔壁の厚さｄとの関係が（ｄ×３）≦ｈ≦
（ｄ×６）であるようにしたので、圧力発生室を高密度
に配列しても、隔壁の剛性を保持してクロストークを防
止することができる。したがって、良好なインク吐出特
性を保持して高品質印刷を実現することができる。
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの斜視図である。
録ヘッドの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの平面図及び断面図である。
録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。
録ヘッドの断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略図である。
録装置の概略図である。
１０ 流路形成基板 １１ 隔壁 １２ 圧力発生室 ２０ ノズルプレート ２１ ノズル開口 ５０ 弾性膜 ６０ 下電極膜 ７０ 圧電体層 ８０ 上電極膜 ９０ リード電極 ３００ 圧電素子
Claims (18)
- 【請求項１】 ノズル開口に連通する圧力発生室が複数
の隔壁によって画成される流路形成基板と、該流路形成
基板の一方面側に振動板を介して設けられた下電極、圧
電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインク
ジェット式記録ヘッドにおいて、 前記振動板が引張り応力を有し、前記圧力発生室の１
［ｉｎｃｈ］当たりの配列個数ｎがｎ≧２００であると
共に前記圧力発生室の幅ｗ及び前記隔壁の厚さｄと前記
圧力発生室の配列個数ｎとの関係が（ｗ＋ｄ）＝１［ｉ
ｎｃｈ］／ｎであり、且つ前記隔壁の厚さｄがｄ≧１０
［μｍ］であると共に前記流路形成基板の厚さｈと前記
隔壁の厚さｄとの関係が（ｄ×３）≦ｈ≦（ｄ×６）で
あることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項２】 請求項１において、前記流路形成基板の
厚さｈと前記隔壁の厚さｄとの関係が、（ｄ×４）≦ｈ
≦（ｄ×５）であることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッド。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、前記圧力発生
室のコンプライアンスに対する前記隔壁のコンプライア
ンスの割合が、１０％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。 - 【請求項４】 請求項１〜３の何れかにおいて、前記流
路形成基板の厚さｈと前記圧力発生室の幅ｗとの関係
が、ｈ≧ｗを満たしていることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッド。 - 【請求項５】 請求項１〜４の何れかにおいて、前記圧
電体層は、結晶が優先配向していることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項６】 請求項５において、前記圧電体層は、
（１００）面に優先配向していることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッド。 - 【請求項７】 請求項５又は６において、前記圧電体層
は、結晶が菱面体晶であることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッド。 - 【請求項８】 請求項５〜７の何れかにおいて、前記圧
電体層は、結晶が柱状となっていることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項９】 請求項１〜８の何れかにおいて、前記圧
電体層の膜厚が、０．５〜２μｍであることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項１０】 請求項１〜９の何れかにおいて、前記
振動板及び前記圧電素子の各層の応力の総和が、引張り
応力となっていることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッド。 - 【請求項１１】 請求項１０において、前記振動板の応
力と前記下電極の応力との和が、引張り応力となってい
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項１２】 請求項１０又は１１において、前記圧
電体層が引張り応力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。 - 【請求項１３】 請求項１０〜１２の何れかにおいて、
前記振動板が、前記圧力発生室側に圧縮応力を有する圧
縮層が設けられていることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。 - 【請求項１４】 請求項１〜１３の何れかにおいて、前
記圧力発生室を画成した際に、前記圧電素子が、前記圧
力発生室側が凸となるように撓んでいることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項１５】 請求項１〜１４の何れかにおいて、前
記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなり、その他
方面側を研磨することにより所定の厚さに形成されてい
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項１６】 請求項１〜１４の何れかにおいて、前
記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなり、その他
方面側に予め設けられている犠牲基板を除去することに
より所定の厚さに形成されていることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッド。 - 【請求項１７】 請求項１〜１６の何れかにおいて、前
記圧力発生室が異方性エッチングにより形成され、前記
圧電素子を構成する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。 - 【請求項１８】 請求項１〜１７の何れかのインクジェ
ット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジ
ェット式記録装置。
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