JP2000141644A

JP2000141644A - 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

Publication number: JP2000141644A
Application number: JP31458598A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Shimada; 勝人島田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2000-05-23

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電体層の圧電特性の低下を抑えたインクジ
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。【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２の
一部を構成する振動板を介して前記圧力発生室１２に対
応する領域に下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０
を有する圧電素子３００を形成したインクジェット式記
録ヘッドにおいて、前記圧電素子３００を構成する前記
圧電体層７０の幅方向両側の端部を前記圧力発生室１２
に対向する領域内に位置し、当該圧電体層７０の少なく
とも幅方向両側に、引張り応力を有する引張り膜９０を
連続的に設け、圧電体層７０の圧電特性の低下を抑え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設け、この圧電素
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
振動モードの圧電素子を使用したものと、撓み振動モー
ドの圧電素子を使用したものの２種類が実用化されてい
る。

【０００３】前者は圧電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。

【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、撓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。

【０００６】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電極の
みを各圧力発生室毎に設けることにより、各圧力発生室
に対応する圧電素子を駆動することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た薄膜技術およびリソグラフィ法による製造方法では、
薄膜のパターニング後に圧力発生室を形成するが、その
際、圧電体層の内部応力が緩和され、また、下電極の内
部応力の影響により圧電体層の引張応力が弱められ、圧
電特性が低下して吐出特性が低下するという問題があ
る。特に、圧電体層の両側に圧縮膜が存在する場合に圧
電特性が低下し易い。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層
の圧電特性の低下を抑え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の
一部を構成する振動板を介して前記圧力発生室に対応す
る領域に下電極、圧電体層及び上電極を有する圧電素子
を形成した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圧電体層の幅方向両側の端部が
前記圧力発生室に対向する領域内に位置し、当該圧電体
層の少なくとも幅方向両側には、引張り応力を有する引
張り膜が連続的に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にある。

【００１０】かかる第１の態様では、圧電体層に引張り
膜の張力が作用し、圧電特性が維持される。

【００１１】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記引張り膜は、前記圧電体層の幅方向両端側の端
面に接触して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にある。

【００１２】かかる第２の態様では、圧電体層が、引張
り膜によって幅方向に確実に引っ張られる。

【００１３】本発明の第３の態様は、第１の態様におい
て、前記引張り膜は、前記圧電体層及び前記上電極の幅
方向両端側の端面に接触して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にある。

【００１４】かかる第３の態様では、より強い引張り膜
の張力が圧電体層に作用する。

【００１５】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記引張り膜は、前記上電極の上面を覆っているこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１６】かかる第４の態様では、引張り膜を容易に
形成することができる。

【００１７】本発明の第５の態様は、第１の態様におい
て、前記引張り膜は絶縁性の材料からなることを特徴と
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、上電極の絶縁を保
つことができる。

【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、前記引張り膜は耐環境保護膜を兼ねる
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、圧電体能動部及び
弾性膜が外部環境から保護される。

【００２１】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記引張り膜は層間絶縁膜を兼ねるこ
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、圧電素子とリード
電極とが圧力発生室に対向する領域のコンタクトホール
内で接続される。

【００２３】本発明の第８の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記引張り膜は有機材料からなること
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、引張り応力を有し
且つ下電極に有効に張力を与える引張り膜を形成でき
る。

【００２５】本発明の第９の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記引張り膜は導電性の材料からなる
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、引張り応力を有す
る膜の材質を選択できる。

【００２７】本発明の第１０の態様は、第１の態様にお
いて、前記引張り膜は上電極を兼ね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、上電極は共通電
極になる。

【００２９】本発明の第１１の態様は、第１〜１０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。

【００３０】かかる第１１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。

【００３１】本発明の第１２の態様は、第１〜１１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。

【００３２】かかる第１２の態様では、ヘッドの吐出特
性を向上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。

【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、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。

【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
コンからなる、厚さ０．１〜２μｍの弾性膜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膜５０に達するまでエッチングす
ることにより形成されている。なお、弾性膜５０は、シ
リコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵さ
れる量がきわめて小さい。

【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。なお、インク供給連通口２１
は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各圧力発生室１
２のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット
孔２１Ａでも、あるいは複数のスリット孔２１Ｂであっ
てもよい。封止板２０は、一方の面で流路形成基板１０
の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外
力から保護する補強板の役目も果たす。また、封止板２
０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
側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．５μｍ
の下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜
７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０と
が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３０
０を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極
膜６０、圧電体膜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膜７０を各圧力
発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、こ
こではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体
膜７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電
歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。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、下電極膜６０及び弾性膜５
０が振動板として作用する。

【００４７】ここで、シリコン単結晶基板からなる流路
形成基板１０上に、圧電体膜７０等を形成するプロセス
を図４を参照しながら説明する。

【００４８】図４（ａ）に示すように、まず、流路形成
基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１０
０℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性
膜５０を形成する。

【００４９】次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタ
リングで下電極膜６０を形成する。この下電極膜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膜７０
は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜
１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があ
るからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、この
ような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければ
ならず、殊に、圧電体膜７０としてチタン酸ジルコン酸
鉛を用いた場合には、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。

【００５０】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体膜
７０を成膜する。この圧電体膜７０の成膜にはスパッタ
リング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化
物からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法
を用いている。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸
ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット式記
録ヘッドに使用する場合には好適である。

【００５１】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。

【００５２】次に、図５（ａ）に示すように、圧電体膜
７０及び上電極膜８０をエッチングして圧電体能動部３
２０のパターニングを行う。

【００５３】このとき、本実施形態では、圧電体膜７０
及び上電極膜８０を、圧電体能動部３２０の長手方向一
端部から圧力発生室１２の周壁上まで連続的にパターニ
ングして、上電極膜８０を各圧電体能動部３２０の個別
電極とし、下電極膜６０を共通電極としている。

【００５４】次に、図５（ｂ）に示すように、引張り膜
９０を成膜する。引張り膜９０は絶縁性の材料で且つ膜
形成後に引張り応力を有する材料が望ましく、ポリイミ
ド樹脂及びフッ素樹脂等の有機膜、並びに酸化チタン及
び酸化ジルコニウム等の酸化膜が使用できる。

【００５５】さらに、図５（ｃ）に示すように、引張り
膜９０をエッチングして圧電体能動部３２０の上の引張
り膜を除去する。これにより、圧電体能動部３２０の変
位量の向上を図っている。

【００５６】以上が膜形成プロセスである。このように
して膜形成を行った後、図５（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。このと
きの圧電体能動部３２０が受ける力の状態を以下に説明
する。なお、図６は、圧力発生室１２をエッチングによ
り形成前後の各層に発生する応力の状態を模式的に示し
た図である。

【００５７】図６（ａ）に示すように、圧力発生室１２
形成前には、下電極膜６０、圧電体膜７０、上電極膜８
０及び引張り膜９０はそれぞれ引張り応力σ₃，σ₂，σ
₁，σ₅を有し、弾性膜５０は圧縮応力σ₄を有してい
る。そのため、図６（ｂ）に示すように、圧電体能動部
３２０の下方に圧力発生室１２を形成すると、下電極膜
６０、圧電体膜７０上電極膜８０の引張り応力σ₃，
σ₂，σ₁が解放されて圧縮方向に作用する力Ｆ₃，Ｆ₂，
Ｆ₁となり、弾性膜５０の圧縮応力σ₄は解放されて引張
り方向に作用する力Ｆ₄、すなわち、圧電体膜７０を引
っ張る方向に作用する力となる。また、引張り膜９０の
引張り応力σ₅も解放されて圧縮方向に作用する力Ｆ₅と
なるが、引張り膜９０は、圧電体膜７０の幅方向両側に
設けられているため、圧力発生室１２に対向する領域で
は、実質的に圧電体膜７０を引っ張る方向に作用する力
となる。このように、圧電体膜７０には、従来よりも引
張り方向の力が強く作用するため、圧電体膜７０の圧電
特性の低下を抑えることができる。また、好適な条件で
は、圧電体膜７０の本来の圧電特性を維持することがで
きる。

【００５８】なお、引張り膜９０が形成されていない場
合には、図７（ａ）に示すように、圧力発生室１２の形
成前に、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０
はそれぞれ引張り応力σ₃，σ₂，σ₁を有しているの
で、圧力発生室１２を形成すると、図７（ｂ）に示すよ
うに、引張り応力σ₃，σ₂，σ₁は解放されて圧縮力
Ｆ₃，Ｆ₂，Ｆ₁となる。すなわち、圧電体膜７０には、
強い圧縮方向の力が作用し、圧電特性が低下してしま
う。

【００５９】以上説明した一連の膜形成及び異方性エッ
チングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成
し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチップサ
イズの流路形成基板１０毎に分割する。また、分割した
流路形成基板１０を、封止板２０、共通インク室形成基
板３０、及びインク室側板４０と順次接着して一体化
し、インクジェット式記録ヘッドとする。

【００６０】このように構成したインクジェットヘッド
は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導
入口４２からインクを取り込み、共通インク室３１から
ノズル開口１１に至るまで内部をインクで満たした後、
図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、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及び圧電体膜７０を撓み変形させる
ことにより、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開
口１１からインク滴が吐出する。

【００６１】なお、本実施形態では、圧電体能動部３２
０上の引張り膜９０を除去して、圧電体膜７０の幅方向
両側のみに設けるようにしたが、これに限定されず、例
えば、引張り膜９０を各圧電体能動部３２０に亘って、
連続的に設けるようにしてもよい。この場合には、引張
り膜９０が耐環境（耐湿）保護膜を兼ねるようにしても
よく、これにより、圧電体層７０の圧電特性の低下を抑
えることができる。

【００６２】また、引張り膜９０が層間絶縁膜を兼ねる
ようにしてもよく、この場合には、引張り膜９０の各圧
電体能動部３２０の一端部に対応する部分の上面を覆う
部分の一部に、外部と接続するために上電極膜８０の一
部を露出させる図示しないコンタクトホールを形成し、
このコンタクトホールを介して各上電極膜８０に駆動信
号を供給できるようにしてもよい。

【００６３】（実施形態２）図８は、実施形態２に係る
インクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図で
ある。

【００６４】本実施形態では、図８に示すように、下電
極膜６０は、その幅方向両端部が圧力発生室１２に対向
する領域内に位置するようにパターニングされ、また、
圧力発生室１２の長手方向一端部から周壁上まで延設さ
れて、各圧電体能動部３２０の個別電極となっている。
また、この下電極膜６０上には、下電極膜６０の幅方向
両端部を覆って圧電体膜７０が形成され、その幅方向両
側には、実施形態１と同様に、引張り応力を有する引張
り膜９０が上電極膜８０とは接触することなく形成され
ている。

【００６５】一方、上電極膜８０は、圧電体能動部３２
０の長手方向一端部から圧力発生室１２の周壁上まで延
設され、各圧電体能動部３２０から延設され上電極膜と
連結されて共通電極となっている。

【００６６】なお、本実施形態では、下電極膜６０をパ
ターニングしているため、振動板を弾性膜５０及び絶縁
体膜５５で構成するようにし、振動板の強度を保持する
ようにしている。

【００６７】このような本実施形態のインクジェット式
記録ヘッドの製造方法は、特に限定されないが、本実施
形態では、以下のように形成した。

【００６８】まず、図９（ａ）に示すように、実施形態
１と同様に流路形成基板１０上に形成した弾性膜５０上
に絶縁体膜５５を形成する。この絶縁体膜５５は、圧電
体膜７０との密着性の良好な材料、例えば、圧電体膜７
０の構成元素から選択される少なくとも一種の元素の酸
化物又は窒化物で形成されることが好ましい。本実施形
態では、弾性膜５０上にジルコニウム層を形成後、例え
ば、約１１５０℃の拡散炉で熱酸化して二酸化ジルコニ
ウムからなる絶縁体膜５５とした。

【００６９】次に、図９（ｂ）に示すように、スパッタ
リングで下電極膜６０を形成し、圧力発生室１２に対応
する領域に、少なくとも幅方向両側の端部が圧力発生室
１２に対向する領域内に位置するようにパターニングす
る。

【００７０】次に、図９（ｃ）に示すように、圧電体膜
７０及び上電極膜８０を成膜及びパターニングして圧電
体能動部３２０を形成する。このとき、圧電体膜７０が
少なくとも下電極膜６０の幅方向両端の側面を覆い且つ
圧電体膜７０の幅方向両端が圧力発生室１２に対向する
領域内に位置するようにパターニングする。

【００７１】次いで、図９（ｄ）に示すように、引張り
膜９０を成膜後、圧電体能動部３２０上の引張り膜９０
を除去して、圧電体膜７０の幅方向両側のみに上電極膜
８０に接触しないようにパターニングする。

【００７２】その後、流路形成基板１０をエッチングし
て圧力発生室１２を形成するが、そのとき本実施形態の
圧電体能動部３２０にかかる力の状態を以下に示す。

【００７３】図１０（ａ）に示すように、圧力発生室１
２形成前には、下電極膜６０、圧電体膜７０、上電極膜
８０及び引張り膜９０はそれぞれ引張り応力σ₃，σ₂，
σ₁，σ₅を有し、弾性膜５０及び絶縁体膜５５は圧縮応
力σ₄及びσ₆を有している。そのため、図１０（ｂ）に
示すように、圧電体能動部３２０の下方に圧力発生室１
２を形成すると、実施形態１と同様に、弾性膜５０、絶
縁体膜５５及び引張り膜９０の応力が解放された力が、
圧電体膜７０を引っ張る方向に作用する。

【００７４】したがって、本実施形態においても、実施
形態１と同様、圧電体膜７０の圧電特性の低下を抑える
ことができる。また、本実施形態では、下電極膜６０の
幅方向両側は圧電体膜７０によって覆われているため、
引張り膜９０と下電極膜６０との間は絶縁されている。
そのため、引張り膜９０は、本実施形態のように上電極
膜８０に接触しないように形成すれば、絶縁性を有する
材料だけでなく、導電性を有する材料も用いることがで
き、引張り膜９０の材料の選択範囲が広がる。

【００７５】なお、本実施形態では、下電極膜６０を各
圧電体能動部３２０の個別電極とし、上電極膜８０を共
通電極としたが、これに限定されず、勿論、下電極膜６
０を共通電極として、上電極膜８０を個別電極としても
よいことは言うまでもない。

【００７６】（実施形態３）図１１は、実施形態３に係
るインクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図
である。

【００７７】本実施形態は、引張り膜９０が上電極膜８
０を兼ねるようにした例であり、図１１に示すように、
本実施形態では、引張り膜９０（上電極膜８０）を幅方
向に並設された圧電体能動部３２０上に連続して形成す
ると共に、圧電体能動部３２０の共通電極とした以外、
実施形態２と同様である。

【００７８】なお、この構成は、圧電体膜７０をパター
ニング後に引張り膜９０（上電極膜８０）を成膜し、そ
の後、引張り膜９０（上電極膜８０）のみをパターニン
グすることにより形成することができる。

【００７９】また、このような構成においても、図１２
（ａ）に示すように、圧力発生室１２形成前には、下電
極膜６０、圧電体膜７０は及び引張り膜９０（上電極膜
８０）は、それぞれ引張り応力σ₃，σ₂，σ₅を有し、
弾性膜５０及び絶縁体膜５５は圧縮応力σ₄及びσ₆を有
している。そのため、図１２（ｂ）に示すように、圧電
体能動部３２０の下方に圧力発生室１２を形成すると、
本実施形態では、下電極膜６０及び圧電体膜７０の応力
が解放された力が、圧電体膜７０を圧縮する方向に作用
するのに対し、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び引張り膜
９０（上電極膜８０）の応力が解放された力が、圧電体
膜７０を引っ張る方向に作用する。

【００８０】このように、本実施形態の構成では、引張
り膜９０が上電極膜８０を兼ねるようにしたので、圧電
体膜７０を圧縮する方向に作用する力が減少し、すなわ
ち、相対的に、圧電体膜７０を引っ張る方向に作用する
力が増加するため、圧電体膜７０の圧電特性の低下をさ
らに抑えることができる。

【００８１】（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。

【００８２】例えば、上述した封止板２０の他、共通イ
ンク室形成板３０をガラスセラミックス製としてもよ
く、さらには、薄肉膜４１を別部材としてガラスセラミ
ックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由であ
る。

【００８３】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。

【００８４】このように構成した実施形態の分解斜視図
を図１３、その流路の断面を図１４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４５に穿設され、これらノズル開口１１と圧
力発生室１２とを連通するノズル連通口２２が、封止板
２０，共通インク室形成板３０及び薄肉板４１Ａ及びイ
ンク室側板４０Ａを貫通するように配されている。

【００８５】なお、本実施形態は、その他、薄肉板４１
Ａとインク室側板４０Ａとを別部材とし、インク室側板
４０に開口４０ｂを形成した以外は、基本的に上述した
実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して
重複する説明は省略する。

【００８６】この実施形態においても、上述した実施形
態と同様に、引張り膜９０を設けることにより圧電体膜
７０の圧電特性の低下が抑えられ、良好なインク吐出を
実現することができる。

【００８７】また、勿論、共通インク室を流路形成基板
内に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも
同様に応用できる。

【００８８】さらに、例えば、圧電素子とリード電極と
の間に絶縁体層を設けたり、絶縁体層を設けないで、各
上電極に異方性導電膜を熱溶着し、この異方性導電膜を
リード電極と接続したり、その他、ワイヤボンディング
等の各種ボンディング技術を用いて接続したりする構成
としてもよい。

【００８９】このように、本発明は、その趣旨に反しな
い限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。

【００９０】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１５
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。

【００９１】図１５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
１Ｂ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。

【００９２】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。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、圧電
体膜の幅方向両側に引張り膜を設けるようにしたので、
圧力発生室を形成する際に、引張り膜の応力が解放され
る力が圧電体膜を引っ張る方向に作用し、圧電体膜の圧
電特性の低下が抑えられ、実質的に、インク吐出性能を
向上することができる。

【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
録ヘッドを示す図であり、図１の平面図及び断面図であ
る。

【図３】図１の封止板の変形例を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す断面
図である。

【図５】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す断面
図である。

【図６】本発明の実施形態１の圧電体能動部が圧力発生
室形成時に受ける力の状態を示す断面図である。

【図７】従来の圧電体能動部が圧力発生室形成時に受け
る力の状態を示す断面図である。

【図８】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの要部平面図及び断面図である。

【図９】本発明の実施形態２の薄膜製造工程を示す断面
図である。

【図１０】本発明の実施形態２の圧電体能動部が圧力発
生室形成時に受ける力の状態を示す断面図である。

【図１１】本発明の実施形態３に係るインクジェット式
記録ヘッドの要部平面図及び断面図である。

【図１２】本発明の実施形態３の圧電体能動部が圧力発
生室形成時に受ける力の状態を示す断面図である。

【図１３】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１４】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの要部断面図である。

【図１５】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弾性膜６０下電極膜７０圧電体膜８０上電極膜９０引張り膜３００圧電素子３２０圧電体能動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口に連通する圧力発生室の一部
を構成する振動板を介して前記圧力発生室に対応する領
域に下電極、圧電体層及び上電極を有する圧電素子を形
成した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圧電体層の幅方向両側の端
部が前記圧力発生室に対向する領域内に位置し、当該圧
電体層の少なくとも幅方向両側には、引張り応力を有す
る引張り膜が連続的に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２】請求項１において、前記引張り膜は、前
記圧電体層の幅方向両端側の端面に接触して設けられて
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３】請求項１において、前記引張り膜は、前
記圧電体層及び前記上電極の幅方向両端側の端面に接触
して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４】請求項３において、前記引張り膜は、前
記上電極の上面を覆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５】請求項１において、前記引張り膜は絶縁
性の材料からな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、前記引
張り膜は耐環境保護膜を兼ね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１〜６の何れかにおいて、前記引
張り膜は層間絶縁膜を兼ね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１〜４の何れかにおいて、前記引
張り膜は有機材料からな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１〜４の何れかにおいて、前記引
張り膜は導電性の材料からな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において、前記引張り膜は上
電極を兼ね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１〜１０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１２】請求項１〜１１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。