(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の一部を構成する振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を備え且つ前記圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子を構成する前記圧電体層の実質的な駆動部となる圧電体能動部を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記圧電体能動部の幅方向両側で前記圧力発生室の縁部に沿った腕部の一部に、前記腕部の膜厚が徐々に変化することにより前記振動板の振動を規制する振動規制部を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
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下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を備え且つ前記圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子を構成する前記圧電体層の実質的な駆動部となる圧電体能動部を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記圧電体能動部の幅方向両側で前記圧力発生室の縁部に沿った腕部の一部に、前記腕部の幅が徐々に変化することにより前記振動板の振動を規制する振動規制部を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
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下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を備え且つ前記圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子を構成する前記圧電体層の実質的な駆動部となる圧電体能動部を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記圧電体能動部の幅方向両側で前記圧力発生室の縁部に沿った腕部の一部に、前記腕部の膜厚が徐々に変化すると共に幅が徐々に変化することにより前記振動板の振動を規制する振動規制部を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記振動規制部の幅は、前記圧電体能動部の幅方向端部から、当該圧電体能動部に隣接する圧電体能動部の間に設けられ且つ当該腕部より膜厚が大きい厚膜部までの距離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５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記圧電体能動部が前記圧力発生室に対向する領域と当該圧力発生室の周壁に対向する領域との境界を横切る連結部を有し、前記振動規制部は、前記圧力発生室の少なくとも前記連結部近傍の端部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６】
請求項５において、前記連結部が前記圧力発生室の長手方向端部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７】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記圧電体能動部が前記圧力発生室に対向する領域内に設けられ且つ当該前記圧力発生室に対向する領域内に当該圧電体能動部へ電圧を印加するための導電体膜と当該圧電体能動部との接続部となるコンタクト部を有し、前記振動規制部は、前記圧力発生室の少なくとも前記コンタクト部近傍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８】
請求項７において、前記コンタクト部は、前記圧力発生室の長手方向端部近傍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９】
請求項７又は８において、前記圧電体能動部の上面には絶縁体層が形成され、前記コンタクト部は当該絶縁体層に形成されたコンタクトホール内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１０】
請求項１〜９の何れかにおいて、前記振動板が弾性膜及び当該弾性膜上に設けられた下電極からなり、前記腕部は、本質的に前記弾性膜及び前記下電極からなるが、前記振動規制部においての膜厚の変化は前記圧電体層の膜厚の変化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１１】
請求項１〜９の何れかにおいて、前記振動板が弾性膜及び当該弾性膜上に設けられた下電極からなり、前記腕部は、本質的に当該弾性膜のみからなるが、前記振動規制部においてはさらに前記下電極を有し且つ当該振動規制部の膜厚の変化は前記下電極の膜厚の変化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１３】
請求項１〜１２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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、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。
【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、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。
【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】
ところで、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、圧力発生室の長手方向両端部近傍において、圧電素子に割れが発生したり、または剥がれが発生したりするという問題がある。
【０００８】
また、圧電素子を各圧力発生室に対応して設けた場合、一般には、各圧力発生室に対応する圧電素子を絶縁体層で覆い、この絶縁体層に各圧電素子を駆動するための電圧を供給するリード電極との接続部を形成するための窓（以下、コンタクトホールという）を各圧力発生室に対応して設け、各圧電素子とリード電極との接続部がコンタクトホール内に形成するようにするが、この場合、コンタクトホール近傍に応力が集中して、破壊等が生じやすいという問題がある。
【０００９】
これらの問題は、特に、圧電材料層を薄膜技術で形成した場合に問題となる。すなわち、薄膜技術で形成した圧電材料層は非常に薄いため、圧電素子を貼付したものに比較して剛性が低いためである。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電体能動部の端部の剥がれおよび割れ等、またコンタクト部近傍での割れ等を防止することが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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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圧力発生室の一部を構成する振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を備え且つ前記圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子を構成する前記圧電体層の実質的な駆動部となる圧電体能動部を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体能動部の幅方向両側で前記圧力発生室の縁部に沿った腕部の一部に、前記腕部の膜厚が徐々に変化することにより前記振動板の振動を規制する振動規制部を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１２】
かかる第１の態様では、膜厚が漸大する振動規制部により、この振動規制部に近いほど腕部の変位が規制され、当該振動規制部近傍での破壊が防止される。
【００１３】
本発明の第２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下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を備え且つ前記圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子を構成する前記圧電体層の実質的な駆動部となる圧電体能動部を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体能動部の幅方向両側で前記圧力発生室の縁部に沿った腕部の一部に、前記腕部の幅が徐々に変化することにより前記振動板の振動を規制する振動規制部を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１４】
かかる第２の態様では、幅が漸小する振動規制部により、この振動規制部に近いほど腕部の変位が規制され、当該振動規制部近傍での破壊が防止される。
【００１５】
本発明の第３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下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を備え且つ前記圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子を構成する前記圧電体層の実質的な駆動部となる圧電体能動部を具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体能動部の幅方向両側で前記圧力発生室の縁部に沿った腕部の一部に、前記腕部の膜厚が徐々に変化すると共に幅が徐々に変化することにより前記振動板の振動を規制する振動規制部を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１６】
かかる第３の態様では、膜厚が漸大すると共に幅が漸小する振動規制部により圧力発生室の端部ほど腕部の変位が規制され、当該圧力発生室の端部近傍での破壊が防止される。
【００１７】
本発明の第４の態様は、第２又は３の態様において、前記振動規制部の幅は、前記圧電体能動部の幅方向端部から、当該圧電体能動部に隣接する圧電体能動部の間に設けられ且つ当該腕部より膜厚が大きい厚膜部までの距離であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１８】
かかる第４の態様では、圧電体能動部と厚膜部との幅を変化させることにより振動規制部の幅を変化させることができる。
【００１９】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記圧電体能動部が前記圧力発生室に対向する領域と当該圧力発生室の周壁に対向する領域との境界を横切る連結部を有し、前記振動規制部は、前記圧力発生室の少なくとも前記連結部近傍の端部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。
【００２０】
かかる第５の態様では、振動規制部により、連結部近傍の変位が規制され、連結部近傍での破壊が防止される。
【００２１】
本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記連結部が前記圧力発生室の長手方向端部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。
【００２２】
かかる第６の態様では、振動規制部により、圧力発生室の長手方向端部近傍の破壊が防止される。
【００２３】
本発明の第７の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記圧電体能動部が前記圧力発生室に対向する領域内に設けられ且つ当該前記圧力発生室に対向する領域内に当該圧電体能動部へ電圧を印加するための導電体膜と当該圧電体能動部との接続部となるコンタクト部を有し、前記振動規制部は、前記圧力発生室の少なくとも前記コンタクト部近傍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。
【００２４】
かかる第７の態様では、振動規制部により、コンタクト部近傍の破壊が防止される。
【００２５】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記コンタクト部は、前記圧力発生室の長手方向端部近傍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。
【００２６】
かかる第８の態様では、振動規制部により、圧力発生室のコンタクト部近傍の端部の破壊が防止される。
【００２７】
本発明の第９の態様は、第７又は８の態様において、前記圧電体能動部の上面には絶縁体層が形成され、前記コンタクト部は当該絶縁体層に形成されたコンタクトホール内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。
【００２８】
かかる第９の態様では、振動規制部により、コンタクトホール近傍での破壊が防止される。
【００２９】
本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れかの態様において、前記振動板が弾性膜及び当該弾性膜上に設けられた下電極からなり、前記腕部は、本質的に前記弾性膜及び前記下電極からなるが、前記振動規制部においての膜厚の変化は前記圧電体層の膜厚の変化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１０の態様では、圧電体膜の膜厚を漸大させることにより、端部ほど変位が規制される振動規制部が形成される。
【００３１】
本発明の第１１の態様は、第１〜９の何れかの態様において、前記振動板が弾性膜及び当該弾性膜上に設けられた下電極からなり、前記腕部は、本質的に当該弾性膜のみからなるが、前記振動規制部においてはさらに前記下電極を有し且つ当該振動規制部の膜厚の変化は前記下電極の膜厚の変化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。
【００３２】
かかる第１１の態様では、下電極の膜厚を漸大させることにより、端部ほど変位が規制される振動規制部が形成される。
【００３３】
本発明の第１２の態様は、第１〜１１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。
【００３４】
かかる第１２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。
【００３５】
本発明の第１３の態様は、第１〜１２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。
【００３６】
かかる第１３の態様では、ヘッドの信頼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。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を一実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す組立斜視図であり、図２は、その１つの圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図である。
【００３９】
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、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８０〜２８０μｍ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。
【００４０】
流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００４１】
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。
【００４２】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（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。
【００４３】
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１０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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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１２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。
【００４７】
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１２のインク供給側端部の近傍を横断する一のスリット孔２１Ａでも、あるいは複数のスリット孔２１Ｂであってもよい。封止板２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、封止板２０は、他面で共通インク室３１の一壁面を構成する。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。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、上述した例では、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。
【００５１】
また、本実施形態では、圧電体膜７０を各圧力発生室１２に対応して個別に設けたが、圧電体膜を全体に設け、上電極膜８０を各圧力発生室１２に対応するように個別に設けてもよい。何れの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
【００５２】
そして、かかる各上電極膜８０の上面の少なくとも周縁、及び圧電体膜７０の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層９０が形成されている。絶縁体層９０は、成膜法による形成やまたエッチングによる整形が可能な材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、有機材料、好ましくは剛性が低く、且つ電気絶縁性に優れた感光性ポリイミドで形成するのが好ましい。
【００５３】
絶縁体層９０の各上電極膜８０の一端部に対応する部分の上面を覆う部分の一部には後述するリード電極１００と接続するために上電極膜８０の一部を露出させるコンタクトホール９０ａが形成されている。そして、このコンタクトホール９０ａを介して各上電極膜８０に一端が接続し、また他端が接続端子部に延びるリード電極１００が形成されている。リード電極１００は、駆動信号を上電極膜８０に確実に供給できる程度に可及的に狭い幅となるように形成されている。
【００５４】
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。
【００５５】
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１１００℃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。
【００５６】
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。下電極膜６０の材料としては、Ｐｔ等が好適である。これは、スパッタリングやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合には、ＰｂＯの拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由からＰｔが好適である。
【００５７】
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。
【００５８】
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、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、Ｐｔをスパッタリングにより成膜している。
【００５９】
次に、図５に示すように、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０をパターニングする。
【００６０】
まず、図５（ａ）に示すように、圧電体膜７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電体能動部３２０のパターニングを行う。次に、図５（ｂ）に示すように、各圧力発生室１２（図５では圧力発生室１２は形成前であるが、破線で示す）の幅方向両側に対向した領域である圧電体能動部３２０の両側の腕に相当する部分の下電極膜６０を除去することにより、下電極膜除去部３５０を形成する。このように下電極膜除去部３５０を設けることにより、圧電体能動部３２０への電圧印加による変位量の向上を図ることができる。次いで、図５（ｃ）に示すように、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を一緒にエッチングして下電極膜６０の全体パターンをパターニングする。
【００６１】
以上説明したように、まず、下電極膜６０の全体のパターンを形成し、次いで、圧電体能動部３２０をパターニングし、最後に下電極膜除去部３５０をパターニングすることによりパターニングが完了する。
【００６２】
以上のように、下電極膜６０等をパターニングした後には、好ましくは、各上電極膜８０の上面の少なくとも周縁、及び圧電体膜７０および下電極膜６０の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層９０を形成する（図１参照）。
【００６３】
このような絶縁体層の形成プロセスを図６に示す。
【００６４】
まず、図６（ａ）に示すように、上電極膜８０の周縁部、圧電体膜７０および下電極膜６０の側面を覆うように絶縁体層９０を形成する。この絶縁体層９０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。
【００６５】
次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁体層９０をパターニングすることにより、各圧力発生室１２のインク供給側の端部近傍に対応する部分にコンタクトホール９０ａを形成する。なお、コンタクトホール９０ａは、圧力発生室１２の圧電体能動部３２０に対応する部分に設ければよく、例えば、中央部やノズル側端部に設けてもよい。
【００６６】
次に、例えば、Ｃｒ−Ａｕなどの導電体を全面に成膜した後、パターニングすることにより、リード電極１００を形成する。
【００６７】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図６（ｃ）に示すように、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２等を形成する。なお、以上説明した一連の膜形成及び異方性エッチングは、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。また、分割した流路形成基板１０を、封止板２０、共通インク室形成基板３０、及びインク室側板４０と順次接着して一体化し、インクジェット式記録ヘッドとする。
【００６８】
このように構成したインクジェットヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口４２からインクを取り込み、共通インク室３１からノズル開口１１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、リード電極１００を介して下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０をたわみ変形させることにより、圧力発生室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。
【００６９】
このように形成された圧電体能動部３２０および下電極膜除去部３５０との平面位置関係を図７に示す。
【００７０】
図７（ａ）に示すように、圧電体膜７０および上電極膜８０からなる圧電体能動部３２０は、圧力発生室１２に対向する領域内にその周壁から離れて設けられ、下電極膜除去部３５０は、圧電体能動部３２０の幅方向両側に隣接して設けられている。下電極膜除去部３５０が設けられた部分は、いわゆる腕部と呼ばれている部分であり、圧力発生室１２の幅方向両側に沿った縁部近傍に対向する部分であり、図７（ａ）のＢ−Ｂ’断面である図７（ｂ）に示すように、圧電体能動部３２０の両側の下電極膜６０が除去されている。従って、下電極膜除去部３５０の振動板は弾性膜５０のみからなり、他の領域より相対的に膜厚が薄くなっており、容易に変形するようになっている。勿論、下電極膜除去部３５０は、下電極膜６０の厚さ方向の一部のみをハーフエッチング等により除去してもよく、また、弾性膜５０の厚さ方向の一部まで除去してもよい。また、下電極膜除去部３５０は、必ずしも設ける必要はない。
【００７１】
また、本実施形態では、下電極膜除去部３５０は、図７（ａ）、並びにそのＣ−Ｃ’断面である図７（ｃ）及びＤ−Ｄ’断面である図７（ｄ）に示すように、コンタクトホール９０ａが形成される圧力発生室１２の端部近傍において、端部ほど徐々に幅狭で且つ端部ほど徐々に厚膜になる振動規制部３５５が形成されている。従って、この端部近傍の部分の振動板は、他の下電極膜除去部３５０より変形し難くなっている。
【００７２】
このような振動規制部３５５は、例えば、図８（ａ）に示すようなパターンを用いて、図５（ｂ）のステップで、下電極膜６０をパターニングすることにより形成することができる。このパターンには、各圧電体能動部３２０の間に対向する位置に開口４５０が形成され、一端部側には、圧力発生室１２に平行に延び、すなわち、圧電体能動部３２０の腕部に対応する位置に、両隅部に向かって漸小する幅狭部４５０ａが形成されており、幅狭の部分ほど厚膜のレジストが残留している開口となっている。これにより、上述のような端部ほど徐々に幅狭で且つ端部ほど徐々に厚膜になる振動規制部３５５が形成される。なお、振動規制部３５５の端部の厚膜部でも下電極膜６０が多少エッチングされていてもよく、何れにしても、徐々に膜厚変化が生じていればよい。
【００７３】
このように振動規制部３５５を有する構造とすることにより、圧電体能動部３２０の端部近傍のみにおいて、電圧印加による振動が規制されて変位量が相対的に小さくなり、全体としての変位量を大きく低下させることなく端部での変位量を抑えることができるので、圧電体能動部３２０の端部の剥がれおよび割れ等、また、コンタクトホール９０ａ近傍での割れ等を防止することができる。
【００７４】
なお、以上説明した実施形態では、図５（ａ）に示す圧電体能動部３２０のパターニングのステップと、図５（ｂ）に示す下電極膜除去部３５０のパターニングのステップとを別に行うように説明したが、同じレジスト膜を用いて連続的に行うこともできる。すなわち、例えば、図８（ｂ）に示すようなパターンを用いて圧電体能動部３２０をパターニングした後、同じパターンで下電極膜除去部３５０を形成することができる。
【００７５】
また、各圧電体能動部３２０の間は、すべて下電極膜除去部３５０である必要はなく、例えば、隣接する下電極膜除去部３５０の間に、圧電体能動部３２０と同様の膜構成を有する中間部が形成されいてもよい。この場合は、後述のように、振動規制部３５５が形成される。
【００７６】
まず、図９（ａ）に示すようなレジストパターンを用いて、図５（ａ）のステップで圧電体能動部３２０と共に中間部をパターニングする。ここで、レジストパターンは、各圧電体能動部３２０をパターニングするためのマスク部４２０の間に、中間部をパターニングするためのマスク部４２５を有し、マスク部４２５の一端部は、端部ほど圧電体能動部３２０のためのマスク部４２０に近接するように幅広な形状となっている。これにより、一端部で各圧電体能動部３２０に近接するパターンを有する中間部を形成することができる。一方、マスク部４２０の幅広部に隣接する開口４５１には、端部ほど幅狭になる幅狭部４５１ａが形成されており、幅狭の部分ほど厚膜のレジストが残留している。従って、圧電体能動部３２０のパターニングの際に圧電体膜７０が幅狭部４５１ａに残留するので、その後、上述したように、同じパターンを用いてさらにエッチングして下電極膜除去部３５０を形成することにより、上述したような端部ほど徐々に幅狭で且つ端部ほど徐々に厚膜になる振動規制部３５５を形成することができる。
【００７７】
なお、この下電極除去ステップは、図９（ｂ）に示すようなレジストパターンを用いて、下電極膜除去部３５０を形成するようにしてもよい。このレジストパターンは、一端部が、端部ほど幅狭になるような開口４５２を有する。この開口４５２は、一端部の幅狭部４５２ａにおいて、幅狭の部分ほど厚膜のレジストが残留している開口となっている。
【００７８】
なお、図９（ａ）に示すようなマスク部４２５に幅広部を形成しなくてもよい。
【００７９】
このように振動規制部３５５を有する構造としても、上述した場合と同様に、圧電体能動部３２０の端部近傍のみにおいて、電圧印加による振動が規制されて変位量が相対的に小さくなり、全体としての変位量を大きく低下させることなく端部での変位量を抑えることができるので、圧電体能動部３２０の端部の剥がれおよび割れ等、また、コンタクトホール９０ａ近傍での割れ等を防止することができる。
【００８０】
なお、何れの場合においても、下電極膜除去部３５０は、圧電体能動部３２０の幅方向両側のみではなく、端部に設けてもよい。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態では、レジスト膜に幅狭部４５０ａ〜４５２ａを有する開口４５０〜４５２をパターニングする際に、幅狭部４５０ａ〜４５２ａに端部ほど厚膜のレジスト膜が残留し、これを利用して、振動規制部３５５を形成している。このように幅狭部４５０ａ〜４５２ａにレジストを残留させるのは、露光時にマスクと基板との間隔を拡げる等してパターニングの解像度を低下させる等することにより適宜調整するためであり、狭い領域ほどパターンが抜けにくいため、レジスト膜を残留させることができる。また、このように幅狭ほどレジストが厚膜に残留していると、このパターンを用いて、ドライエッチングする際に、レジストも、上電極膜８０、圧電体膜７０および下電極膜６０等と同様にエッチングされるので、結果的に、レジスト残留部の膜厚に比例して厚膜部が形成される。
【００８２】
（実施形態２）
図１０には、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を示す。
【００８３】
本実施形態は、圧電体能動部３２０を構成する圧電体層７０および上電極層８０を圧力発生室１２の長手方向一端部から周壁上まで延設し、圧力発生室１２に対向する領域と周壁に対向する領域との境界を横切る連結部３２１を有するようにしたものであり、連結部３２１の近傍に下電極膜除去部３５０Ａの振動規制部３５５Ａを形成している。振動規制部３５５Ａは、実施形態１と同様に、幅が徐々に狭くなると共に膜厚が徐々に厚くなっている振動規制部となっている。
【００８４】
従って、このような構造とすることにより、実施形態１と同様に、連結部３２１近傍での変位が規制され、連結部３２１近傍での破壊が防止される。
【００８５】
（実施形態３）
図１１には、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及びそのＥ−Ｅ’断面を示す。
【００８６】
本実施形態では、下電極膜除去部３５０Ｂの一端部にある振動規制部３５５Ｂは、幅が端部ほど徐々に狭くなっているが、膜厚の変化はないものとなっている。かかる構造は、図８の開口４５０の幅狭部４５０ａのレジストを完全に除去して開口とすることにより形成することができる。
【００８７】
この場合にも、実施形態１と同様に振動規制部３５５Ｂでの振動が規制され、この振動規制部３５５Ｂ近傍での破壊等が防止される。
【００８８】
（実施形態４）
図１２には、本発明の実施形態４に係るインクジェット式記録ヘッドの要部平面及びそのＦ−Ｆ’断面を示す。
【００８９】
本実施形態では、下電極膜除去部３５０Ｃの一端部にある振動規制部３５５Ｃは、膜厚が端部ほど徐々に厚くなっているが、振動の規制に直接関係がある圧力発生室１２に対向する領域の部分では幅の変化がないものとなっている。かかる構造も上述したように端部ほど幅狭の開口を有するレジストパターンを用いて同様に形成することができる。なお、この場合には、最端部の幅が、圧電体能動部３２０の幅方向端部から圧力発生室１２の縁部までの幅と同程度または大きくなる。
【００９０】
この場合にも、実施形態１と同様に振動規制部３５５Ｃでの振動が規制され、この振動規制部３５５Ｃ近傍での破壊等が防止される。
【００９１】
なお、かかる構造は、振動規制部３５５Ｃに対応する部分に、開口幅は変化しないが、端部ほど徐々にレジスト膜が厚く存在するような開口を有するマスクを、例えば、薄いレジスト層を徐々に多層とすることによっても形成することができる。
【００９２】
（実施形態５）
図１３には、本発明の実施形態５に係るインクジェット式記録ヘッドの要部平面図を示す。
【００９３】
本実施形態は、振動規制部３５５Ｄを圧電体能動部３２０の略中央部に設けた例である。例えば、図１３（ａ）に示すように、圧電体能動部３２０の略中央部に連結部３２１Ａを設けた場合、連結部３２１Ａの近傍に振動規制部３５５Ｄを設けるようにしてもよい。振動規制部３５５Ｄは、連結部３２１Ａ近傍の圧電体能動部３２０の幅方向両側及び連結部３２１Ａの両側に形成されている。
【００９４】
また、図１３（ｂ）に示すように、コンタクトホール９０ａを圧電体能動部３２０の略中央部に設けた場合、コンタクトホール９０ａ近傍、すなわち、圧電体能動部３２０の中央部の両側及びリード電極１００の両側に振動規制部３５５Ｄを設けるようにしてもよい。
【００９５】
本実施形態では、実施形態１と同様に、圧電体能動部３２０の両側に下電極膜除去部３５０Ｄを設け、振動規制部３５５Ｄは下電極膜６０の幅及び膜厚を変化させることにより形成されており、圧電体能動部３２０の略中央部に向かって徐々に幅を狭く且つ膜厚を厚く変化し、中央部ほど振動板の振動が規制されるようになっている。
【００９６】
したがって、この場合にも、実施形態１と同様に振動規制部３５５Ｄでの振動が規制され、この振動規制部３５５Ｄ近傍での破壊等が防止される。
【００９７】
（他の実施形態）
以上説明した各実施形態では、少なくとも圧電体能動部３２０の両側の腕部の下電極膜６０を除去して下電極膜除去部３５０を形成したが、下電極膜除去部３５０は必ずしも設ける必要はない。この場合、振動規制部は、例えば、圧電体能動部３２０の端部両側に圧電体膜７０を残し、例えば、端部ほど徐々に厚膜に形成するようにすればよい。
【００９８】
また、逆に、振動規制部は、下電極膜６０が残っていなくても形成することができる。すなわち、圧電体能動部３２０の両側の腕部を弾性膜５０のハーフエッチングしたものとし、振動規制部は、その膜厚が徐々に大きくなったものとすることもできる。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
このように構成した実施形態の分解斜視図を図１４、その流路の断面を図１５にぞれぞれ示す。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。
【０１０３】
なお、本実施形態は、その他、薄肉板４１Ａ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。
【０１０４】
ここで、この実施形態においても、実施形態１〜５と同様に、振動規制部を設けて、圧電体能動部の振動を部分的に規制して圧電体膜の端部又は連結部の剥がれおよび割れを防止することができる。
【０１０５】
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。
【０１０６】
また、以上説明した各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【０１０７】
また、圧電素子とリード電極との間に絶縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続したり、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング技術を用いて接続したりする構成としてもよい。
【０１０８】
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。
【０１０９】
また、このような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１６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。
【０１１０】
図１６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、前述のように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。
【０１１１】
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６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。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、圧力発生室に対向する前記圧電体能動部の一部の振動を規制する振動規制部を設けることにより、部分的に振動が規制されて全体の変位量を大幅に低下させることなく、圧電体能動部のコンタクト部又は連結部の割れ又は剥がれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す図であり、図１の平面図及び断面図である。
【図３】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の薄膜製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１の要部を示す平面図及び断面図である。
【図８】本発明の実施形態１の薄膜製造パターンを説明する要部平面図である。
【図９】本発明の他の薄膜製造パターンを説明する要部平面図である。
【図１０】本発明の実施形態２を説明する要部平面図である。
【図１１】本発明の実施形態３を説明する要部平面図及び断面図である。
【図１２】本発明の実施形態４を説明する要部平面図及び断面図である。
【図１３】本発明の実施形態５を説明する要部平面図及び断面図である。
【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分解斜視図である。
【図１５】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１６】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
１２ｂ  幅狭部
５０  弾性膜
６０  下電極膜
７０  圧電体膜
８０  上電極膜
９０  絶縁体層
９５  厚膜絶縁体層
１００  リード電極
３２０  圧電体能動部
３５０，３５０Ａ〜３５０Ｄ  下電極膜除去部
３５５，３５５Ａ〜３５５Ｄ  振動規制部
【図１】
0003633811.tif 000002
【図２】
0003633811.tif 000003
【図３】
0003633811.tif 000004
【図４】
0003633811.tif 000005
【図５】
0003633811.tif 000006
【図６】
0003633811.tif 000007
【図７】
0003633811.tif 000008
【図８】
0003633811.tif 000009
【図９】
0003633811.tif 000010
【図１０】
0003633811.tif 000011
【図１１】
0003633811.tif 000012
【図１２】
0003633811.tif 000013
【図１３】
0003633811.tif 000014
【図１４】
0003633811.tif 000015
【図１５】
0003633811.tif 000016
【図１６】
0003633811.tif 000017