JP3531553B2

JP3531553B2 - 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

Info

Publication number: JP3531553B2
Application number: JP28116599A
Authority: JP
Inventors: 士郎矢崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2004-05-31
Anticipated expiration: 2019-10-01
Also published as: JP2001096747A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部に弾性板を介
して圧電素子を形成して、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。

【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弾性板で構成し、この弾性板を圧
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弾性板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電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弾性板に圧電素子を作
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、弾性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】これによれば圧電素子を弾性板に貼付ける
作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、か
つ簡便な手法で圧電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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構造では、一般的に圧電素子が圧力発生室の周壁
上まで延設されているため、圧電素子の駆動時に圧力発
生室の端部と周壁との境界部で圧電素子に応力が集中す
るため、弾性板及び圧電体層が破壊してしまうという問
題がある。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑み、圧力発
生室と周壁との境界部での弾性板及び圧電体層の破壊を
防止した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
と、この圧力発生室に対応する領域に弾性板を介して設
けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子
とを備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記
圧電素子を構成する前記下電極、前記圧電体層及び前記
上電極が前記圧力発生室に対向する領域内から領域外ま
で延設される延設部を有し、この延設部の前記圧力発生
室の端部と周壁との境界に対向する領域の前記圧電体層
と前記弾性板との間には空間部を有し、少なくとも前記
圧電体層及び前記上電極が、前記空間部を跨いで延設さ
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。

【００１０】かかる第１の態様では、圧電素子の延設部
に空間部が設けられているため、圧力発生室の端部と周
壁との境界に対応する領域の弾性板及び延設部の破壊を
防ぐことができる。

【００１１】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記空間部は、前記下電極と前記弾性板との間に形
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。

【００１２】かかる第２の態様では、延設部の下電極と
弾性板との間に空間部が形成されているため、圧電素子
の駆動による圧力発生室の端部と周壁との境界における
弾性板の破壊を防ぐことができる。

【００１３】本発明の第３の態様は、第２の態様におい
て、前記空間部を跨いで延設された前記下電極は、断面
逆凹字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。

【００１４】かかる第３の態様では、空間部を所定形状
とすることにより、弾性板の破壊を確実に防止すること
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、前記圧電体層は、前記空間部に対向す
る領域の厚さが前記圧力発生室に対向する領域の厚さに
比べ薄く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。

【００１６】かかる第４の態様では、圧力発生室の端部
と周壁に対応する領域の弾性板の変位が阻害されず弾性
板の変位効率が向上する。

【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、前記空間部上に位置する前記圧電素子
は、前記圧力発生室の端部と周壁との境界に対向する領
域に設けられると共に最終的に除去される犠牲層上に形
成された薄膜から構成され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、犠牲層により容易
に空間部を形成することができると共に薄膜プロセスで
圧電素子を容易に形成することができる。

【００１９】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記空間部の厚みは、０．２μｍから
１．０μｍの間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。

【００２０】かかる第６の態様では、空間部を所定の厚
みで形成することにより、より確実に空間部に対応する
領域の弾性板の破壊が防止される。

【００２１】本発明の第７の態様は、第２〜６の何れか
の態様において、前記下電極の前記空間部側には、保護
膜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。

【００２２】かかる第７の態様では、空間部の下電極の
表面が保護膜によって覆われているため、下電極の破壊
等が防止される。

【００２３】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ェット式記録ヘッドにあ
る。

【００２４】かかる第８の態様では、高密度のノズル開
口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比
較的容易に製造することができる。

【００２５】本発明の第９の態様は、第１〜８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。

【００２６】かかる第９の態様では、ヘッドのインク吐
出性能を向上すると共に高密度化したインクジェット式
記録装置を実現することができる。

【００２７】本発明の第１０の態様は、ノズル開口に連
通する圧力発生室が画成される流路形成基板の前記圧力
発生室に対応する領域に弾性板、下電極、圧電体層及び
上電極を順次形成して圧電素子を形成すると共に、該圧
電素子の前記圧力発生室に対向する領域内から領域外ま
で延設した延設部の前記圧力発生室の端部と周壁との境
界に対向する領域の前記圧電体層と前記弾性板との間に
空間部を形成し、少なくとも前記圧電体層及び前記上電
極が前記空間部を跨いで延設するインクジェット式記録
ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に前記
弾性板を形成した後、当該弾性板上の前記圧電素子を形
成する途中で前記圧力発生室の端部と周壁との境界部分
に対向する領域に犠牲層をパターン形成する工程と、前
記犠牲層を除去して前記空間部を形成する工程とを有す
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造
方法にある。

【００２８】かかる第１０の態様では、延設部の圧力発
生室の端部と周壁との境界に空間部を比較的容易に形成
することができる。

【００２９】本発明の第１１の態様は、第１０の態様に
おいて、前記犠牲層のパターン形成は、前記下電極を形
成する前に行われることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドの製造方法にある。

【００３０】かかる第１１の態様では、延設部の下電極
と弾性板との間に空間部を比較的容易に形成することが
できる。

【００３１】本発明の第１２の態様は、第１１の態様に
おいて、前記犠牲層をパターン形成した後に、前記弾性
板上及び前記犠牲層上に保護膜を形成することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。

【００３２】かかる第１２の態様では、保護膜を設ける
ことにより、犠牲層を除去する際に下電極を保護するこ
とができる。

【００３３】

【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。

【００３４】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図
であり、図２は、圧力発生室の長手方向における断面図
である。

【００３５】図示するように、流路形成基板１０は、本
実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板か
らなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３
００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８
０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の
厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室
間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるから
である。

【００３６】流路形成基板１０の一方の面は開口面とな
り、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリ
コン膜５１上に酸化ジルコニウム膜５２を形成し、この
二酸化シリコン膜５１と酸化ジルコニウム膜５２とから
なる弾性板５０が形成されている。

【００３７】一方、流路形成基板１０の開口面には、シ
リコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、
ノズル開口１１、圧力発生室１２が形成されている。

【００３８】ここで、異方性エッチングは、シリコン単
結晶基板を水酸化カリウム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（１
１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度
をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第
２の（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もの
である。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の
（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形
成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工
を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列する
ことができる。

【００３９】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板５０に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。なお、弾性板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。

【００４０】一方、各圧力発生室１２の一端に連通する
各ノズル開口１１は、圧力発生室１２より幅狭で且つ浅
く形成されている。すなわち、ノズル開口１１は、シリ
コン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハー
フエッチング）することにより形成されている。なお、
ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行わ
れる。

【００４１】ここで、インク滴吐出圧力をインクに与え
る圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズ
ル開口１１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出
スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、
１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノ
ズル開口１１は数十μｍの溝幅で精度よく形成する必要
がある。

【００４２】また、各圧力発生室１２と後述する共通イ
ンク室３１とは、後述する封止板２０の各圧力発生室１
２の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク
供給連通口２１を介して連通されており、インクはこの
インク供給連通口２１を介して共通インク室３１から供
給され、各圧力発生室１２に分配される。

【００４３】封止板２０は、前述の各圧力発生室１２に
対応したインク供給連通口２１が穿設された、厚さが例
えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下
で、例えば２．５〜４．５［×１０^-6／℃］であるガラ
スセラミックスからなる。封止板２０は、一方の面で流
路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶
基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。
また、封止板２０は、他面で共通インク室３１の一壁面
を構成する。

【００４４】共通インク室形成基板３０は、共通インク
室３１の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、イ
ンク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を
打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共
通インク室形成基板３０の厚さは、０．２ｍｍとしてい
る。

【００４５】インク室側板４０は、ステンレス基板から
なり、一方の面で共通インク室３１の一壁面を構成する
ものである。また、インク室側板４０には、他方の面の
一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成するこ
とにより薄肉壁４１が形成され、さらに、外部からのイ
ンク供給を受けるインク導入口４２が打抜き形成されて
いる。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生す
るノズル開口１１と反対側へ向かう圧力を吸収するため
のもので、他の圧力発生室１２に、共通インク室３１を
経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。
本実施形態では、インク導入口４２と外部のインク供給
手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側
板４０を０．２ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍ
の薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄
肉壁４１の形成を省略するために、インク室側板４０の
厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。

【００４６】一方、流路形成基板１０の開口面とは反対
側の弾性板５０の上には、厚さが例えば、約０．５μｍ
の下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体層
７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０と
が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３０
０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７０を各圧力
発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、こ
こではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体
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３２０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。すなわち、下電極膜６０とは不連続で圧電素子３０
０の配線として用いられる配線用下電極膜６１が、各圧
力発生室１２毎に設けられており、この配線用下電極膜
６１と上電極膜８０とがリード電極８１によって接続さ
れている。また、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。ここで
は、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により
変位が生じる弾性板とを合わせて圧電アクチュエータと
称する。

【００４７】また、圧電素子３００は圧力発生室１２に
対向する領域内から領域外に延設された引き出し部３３
０を有している。この引き出し部３３０では、下電極膜
６０は、圧力発生室１２の端部と周壁との境界に設けら
れた断面略矩形の空間部１００を跨ぐ凹字状に屈曲した
屈曲部６５となっている。また、空間部１００上の引き
出し部３３０の圧電体層７０は圧電体能動部３２０のそ
れに比べ薄くなっている。

【００４８】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板１０上に、圧電体層７０等を形成するプロセス
を図３〜５を参照しながら説明する。なお、図３及び図
４は圧力発生室に対向する領域の長手方向断面図であ
り、図５は圧力発生室の隔壁に対向する領域の断面図で
ある。

【００４９】まず、図３（ａ）に示すように、流路形成
基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１０
０℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコン膜５１を形成
する。その後、二酸化シリコン膜５１上にジルコニウム
層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱
酸化して酸化ジルコニウム膜５２とする。本実施形態で
は、二酸化シリコン膜５１と酸化ジルコニウム膜５２と
を弾性板５０とする。

【００５０】次に、図３（ｂ）に示すように、弾性板５
０上に犠牲層９０を形成すると共に後の工程で形成され
る各圧力発生室１２の長手方向端部と周壁との境界に対
向する領域に各圧力発生室の幅方向に亘って犠牲層９０
が残るようにパターニングする。この犠牲層９０は、各
圧力発生室毎に設けてもよい。

【００５１】次に、図３（ｃ）に示すように、スパッタ
リングで弾性板５０上及び犠牲層９０上に亘って下電極
膜６０を形成する。このとき、下電極膜６０は犠牲層９
０の表面に沿って成膜され逆凹字状に屈曲した屈曲部６
５が形成される。下電極膜６０の材料としては、白金等
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。

【００５２】また、後の犠牲層９０を除去する工程で、
下電極膜６０に悪影響を及ぼさないために、犠牲層９０
上及び弾性板５０上に亘って、例えば、酸化ジルコニウ
ム（ＺｒＯ₂）等の保護膜を形成後、保護膜上に下電極
膜６０を形成するのが好ましい。

【００５３】次に、図３（ｄ）に示すように、下電極膜
６０上に圧電体層７０を成膜する。本実施形態では、金
属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾
燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化
物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法
を用いて形成した。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。

【００５４】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。

【００５５】次に、図４（ａ）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。

【００５６】次に、図４（ｂ）に示すように、圧電体層
７０及び上電極膜８０をエッチングして圧電体能動部３
２０及び引き出し部３３０のパターニングを行う。この
とき、エッチングは上電極膜８０及び圧電体層７０の厚
さ分だけ行われるため、図５に示すように、圧力発生室
１２の隔壁に対向する領域では、下電極膜６０の屈曲部
６５及び犠牲層９０の一部が除去されて、犠牲層９０の
一部が露出した露出部９０ａが形成される。

【００５７】次に、図４（ｃ）に示すように、犠牲層９
０の露出部９０ａから犠牲層９０をウェットエッチング
または蒸気によるエッチングにより除去し、空間部１０
０を形成する。本実施形態では、犠牲層９０の材料とし
て、ＰＳＧを用いているため、弗酸水溶液によってエッ
チングした。なお、ポリシリコンを用いた場合には、弗
酸及び硝酸の混合水溶液、あるいは水酸化カリウム水溶
液によってエッチングすることができる。また、犠牲層
９０をエッチングする際、圧電素子３００に影響を及ぼ
さないために、少なくとも圧電素子３００を覆うように
保護膜を形成し、保護膜の犠牲層９０の露出部９０ａに
対向する領域に貫通孔を設け、この貫通孔から犠牲層９
０をエッチングするのが好ましい。なお、圧電体層７０
にも影響を及ぼさないアセトン等の溶媒で除去できるレ
ジストを犠牲層として用いてもよく、この場合には特に
保護膜を設ける必要はない。

【００５８】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、図４（ｄ）に示すように、前述
したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エ
ッチングを行い、圧力発生室１２等を形成する。

【００５９】このように、本実施形態では、引き出し部
３３０が駆動しても圧力発生室１２の長手方向端部と周
壁との境界部分の下電極膜６０と弾性板５０との間に空
間である空間部１００を設けることにより、境界の弾性
板５０及び引き出し部３３０の破壊が防止される。

【００６０】また、引き出し部３３０の圧電素子３００
は、空間部１００によって薄く形成されているため、弾
性板５０の変位を阻害せず弾性板５０の変位効率が向上
する。なお、本実施形態では、引き出し部３３０を圧力
発生室１２の長手方向端部に設けるようにしたが、これ
に限定されず、引き出し部３３０は配線の都合によって
圧力発生室１２の任意の場所に設けることができる。ま
た、圧力発生室１２の長手方向両端部に同様の構造を設
けてもよい。

【００６１】以上説明した圧電体能動部３２０及び圧力
発生室１２等の一連の膜形成及び異方性エッチングは、
一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセ
ス終了後、図１に示すような一つのチップサイズの流路
形成基板１０毎に分割する。また、分割した流路形成基
板１０を、封止板２０、共通インク室形成基板３０、及
びインク室側板４０と順次接着して一体化し、インクジ
ェット式記録ヘッドとする。

【００６２】また、このように構成したインクジェット
式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続
したインク導入口４２からインクを取り込み、共通イン
ク室３１からノズル開口１１に至るまで内部をインクで
満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号
に従い、上電極膜８０と下電極膜６０との間に電圧を印
加し、弾性板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１１からインク滴が吐出する。

【００６３】（実施形態２）図６は、実施形態２に係る
インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の
断面図を示す。なお、前述した実施形態で説明したもの
と同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複
する説明は省略する。

【００６４】図６に示すように、下電極膜６０Ａは弾性
板５０上に全面に亘って形成されており、空間部１００
を圧力発生室１２の端部と周壁との境界に対向する下電
極膜６０Ａと圧電体層７０Ａとの間に設けた例である。
すなわち、引き出し部３３０の圧電体層７０Ａには、幅
方向に亘って溝が設けられており、この溝が空間部１０
０となっている。

【００６５】このようなインクジェット式記録ヘッドの
製造方法は、弾性板５０上に下電極膜６０Ａを形成し、
下電極膜６０Ａ上に犠牲層９０をパターン形成する以
外、上述した実施形態１の製造方法と同様である。ま
た、犠牲層９０の材料は、後の犠牲層９０を除去する工
程で圧電体層７０Ａ及び下電極膜６０Ａが除去されない
ように、本実施形態では、例えば、レジストからなる犠
牲層９０をスピンコートで形成し、犠牲層９０を除去す
る工程では、アセトン等の溶剤によりエッチングして除
去した。

【００６６】このような構成のインクジェット式記録ヘ
ッドでは、各電極膜６０Ａ、８０に電圧を印加した場
合、圧電体能動部３２０は駆動するが、引き出し部３３
０では下電極膜６０Ａと圧電体層７０Ａとが空間部１０
０によって離れているため電圧が印加されず駆動しない
ことになる。このことから引き出し部３３０の破壊を防
ぐことができる。

【００６７】（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。

【００６８】例えば、上述した封止板２０の他、共通イ
ンク室形成板３０をガラスセラミックス製としてもよ
く、さらには、薄肉壁４１を別部材としてガラスセラミ
ックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由であ
る。

【００６９】また、上述した実施形態では、ノズル開口
を流路形成基板１０の端面に形成しているが、面に垂直
な方向に突出するノズル開口を形成してもよい。

【００７０】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図７、その流路の断面を図８にそれぞれ示す。この実
施形態では、ノズル開口１１が圧電素子とは反対のノズ
ル基板１２０に穿設され、これらノズル開口１１と圧力
発生室１２とを連通するノズル連通口２２が、封止板２
０、共通インク室形成基板３０、薄肉板４１Ａ及びイン
ク室側板４０Ａを貫通するように配されている。

【００７１】なお、本実施形態は、その他、薄肉板４１
Ａとインク室側板４０Ａとを別部材とし、インク室側板
４０Ａに開口４０ｂを形成した以外は、基本的に上述し
た実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付し
て重複する説明は省略する。

【００７２】勿論、以上説明した各実施形態は、適宜組
み合わせて実施することにより、より一層の効果を奏す
るものであることは言うまでもない。

【００７３】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。

【００７４】また、これら各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９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。

【００７５】図９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。

【００７６】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に巻き掛けられ
て搬送されるようになっている。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
引き出し部の少なくとも圧電体層及び上電極と弾性板と
の間の圧力発生室の端部と周壁との境界に対向する領域
に空間である空間部を設けるようにした。これにより、
引き出し部が弾性板から浮いている構造となり、引き出
し部における応力集中による弾性板の破壊を防止するこ
とができる。また、引き出し部の圧電体層は、圧力発生
室に対向する領域のそれに比べ空間部の分だけ薄く形成
されるため、弾性板の変位を阻害せず弾性板の変位効率
が向上する。さらに、引き出し部によって弾性板の破壊
が防止されることから、引き出し部を任意の場所に設け
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの分解斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部断面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの製造工程を示す断面図であり、圧力発生室に
対向する領域の断面図である。

【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り、圧力発生室に
対向する領域の断面図である。

【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図であり、圧力発生室の隔壁
に対向する領域の断面図である。

【図６】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部断面図である。

【図７】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドの分解斜視図である。

【図８】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドを示す断面図である。

【図９】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。

【符号の説明】

１０流路形成基板１１ノズル開口１２圧力発生室５０弾性板５１酸化シリコン膜５２酸化ジルコニウム膜６０下電極膜６１配線用下電極膜６５屈曲部７０圧電体層８０上電極膜９０犠牲層９０ａ露出部１００空間部３００圧電素子３２０圧電体能動部３３０引き出し部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口に連通する圧力発生室と、こ
の圧力発生室に対応する領域に弾性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備
えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電素子を構成する前記下電極、前記圧電体層及び
前記上電極が前記圧力発生室に対向する領域内から領域
外まで延設される延設部を有し、この延設部の前記圧力
発生室の端部と周壁との境界に対向する領域の前記圧電
体層と前記弾性板との間には空間部を有し、少なくとも
前記圧電体層及び前記上電極が、前記空間部を跨いで延
設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２】請求項１において、前記空間部は、前記
下電極と前記弾性板との間に形成されていることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】請求項２において、前記空間部を跨いで
延設された前記下電極は、断面逆凹字状となっているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記圧
電体層は、前記空間部に対向する領域の厚さが前記圧力
発生室に対向する領域の厚さに比べ薄く形成されている
ことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記空
間部上に位置する前記圧電素子は、前記圧力発生室の端
部と周壁との境界に対向する領域に設けられると共に最
終的に除去される犠牲層上に形成された薄膜から構成さ
れ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１〜５の何れかにおいて、前記空
間部の厚みは、０．２μｍから１．０μｍの間であるこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】請求項２〜６の何れかにおいて、前記下
電極の前記空間部側には、保護膜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８】請求項１〜７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
クジェット式記録ヘッド。
【請求項９】請求項１〜８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。
【請求項１０】ノズル開口に連通する圧力発生室が画
成される流路形成基板の前記圧力発生室に対応する領域
に弾性板、下電極、圧電体層及び上電極を順次形成して
圧電素子を形成すると共に、該圧電素子の前記圧力発生
室に対向する領域内から領域外まで延設した延設部の前
記圧力発生室の端部と周壁との境界に対向する領域の前
記圧電体層と前記弾性板との間に空間部を形成し、少な
くとも前記圧電体層及び前記上電極を前記空間部を跨い
で延設するインクジェット式記録ヘッドの製造方法であ
って、前記流路形成基板上に前記弾性板を形成した後、当該弾
性板上の前記圧電素子を形成する途中で前記圧力発生室
の端部と周壁との境界部分に対向する領域に犠牲層をパ
ターン形成する工程と、前記犠牲層を除去して前記空間
部を形成する工程とを有することを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１１】請求項１０において、前記犠牲層のパ
ターン形成を前記下電極を形成する前に行うことを特徴
とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】請求項１１において、前記犠牲層をパ
ターン形成した後に、前記弾性板上及び前記犠牲層上に
保護膜を形成することを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドの製造方法。