(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弾性板と、該弾性板上に形成された圧電素子とを備えた圧電振動子を有し、該圧電振動子の圧電体能動部を前記圧力発生室と対向するよう形成したインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記圧電体能動部は、前記圧力発生室の幅より狭く形成され、且つ前記圧電素子の上電極の上面に、当該上電極に電圧を印加するためのリード電極との接続部であるコンタクト部を有し、
前記圧力発生室に対向する前記弾性板の前記コンタクト部に対応する部分が、前記弾性板の他の部分と比較して、前記圧電素子へ電圧が印加されることによって生じる変形がし難く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２】
請求項１において、前記上電極の上面に絶縁体層が形成され、該絶縁体層に前記コンタクト部を形成するための窓であるコンタクトホール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】
請求項１又は２において、前記コンタクト部に対応する部分の前記圧電体能動部の幅が、他の領域と比較して狭い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、前記コンタクト部に対応する部分の前記圧力発生室の幅が、他の部分と比較して狭い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、前記弾性板の、前記コンタクト部に対応する部分の厚さが、他の部分と比較して厚い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１〜４の何れかにおいて、前記弾性板の、前記コンタクト部に対応する部分の厚さが、前記圧力発生室の外壁近傍部分の厚さよりも厚い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、前記圧電振動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８】
請求項１において、前記コンタクト部に対応する部分が、圧電体非能動部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８において、前記圧電体非能動部が、前記コンタクト部に対応する部分の前記圧電素子の下電極を除去して形成されている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８において、前記圧電体非能動部が、前記コンタクト部に対応する部分の前記圧電素子の下電極と圧電体層の間、または前記圧電素子の圧電体層と上電極の間に低誘電体層を介在して形成されている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の何れかに記載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、圧力発生室の一壁面を構成する弾性板の表面に圧電振動子を形成し、この圧電振動子の変位により圧力発生室と連通する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及びこの記録ヘッドを備えた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振動子を使用したものと、たわみ振動モードの圧電振動子を使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電振動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、圧電振動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振動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せている。
【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振動子を作り付けることができるばかりでなく、圧電振動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、圧電材料層は弾性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振動子を駆動することができる。
【０００７】
このようなたわみモードの圧電振動子を使用した記録ヘッドでは、各圧力発生室に対応する圧電振動子は絶縁体層で覆われ、この絶縁体層には各圧電振動子を駆動するための電圧を供給する導電体パターンとの接続部を形成するために窓（以下、コンタクトホールという）が各圧力発生室に対応して設けられており、各圧電振動子と導電体パターンとの接続部がコンタクトホール内に形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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振動子と導電体パターンとの接続部が形成されるコンタクト部は、圧電振動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。
【０００９】
また、コンタクト部は、導電パターンとの接続部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。
【００１０】
これらの問題は、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。
【００１１】
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ェット式記録ヘッドを提供することを課題とする。
【００１２】
【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弾性板と、該弾性板上に形成された圧電素子とを備えた圧電振動子を有し、該圧電振動子の圧電体能動部を前記圧力発生室と対向するよう形成したインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体能動部は、前記圧力発生室の幅より狭く形成され、且つ前記圧電素子の上電極の上面に、当該上電極に電圧を印加するためのリード電極との接続部であるコンタクト部を有し、前記圧力発生室に対向する前記弾性板の前記コンタクト部に対応する部分が、前記弾性板の他の部分と比較して、前記圧電素子へ電圧が印加されることによって生じる変形がし難く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。
【００１３】
かかる第１の態様では、コンタクト部に対応する部分の弾性板の変位が他の部分と比較して小さいので、コンタクト部に対応する圧電体層にかかる応力が低減され、破壊する虞が低減される。
【００１４】
本発明の第２の態様では、第１の態様において、前記上電極の上面には絶縁体層が形成され、該絶縁体層には前記リード電極と前記上電極との前記コンタクト部を形成するための窓であるコンタクトホール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。
【００１５】
かかる第２の態様では、絶縁体層のコンタクトホール部に対応する部分の圧電振動子の変位が他の部分と比較して小さいので、コンタクト部に対応する圧電体能動部にかかる応力が低減され、破壊する虞が低減される。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記コンタクト部に対応する部分の前記圧電体能動部の幅が、他の領域と比較して狭いことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１７】
かかる第３の態様では、コンタクト部に対応する部分の圧電体能動部の幅が小さいので、コンタクト部の駆動による変位が他の部分と比較して小さく、結果として応力の発生が小さくなり、破壊等の虞が低減される。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記コンタクト部に対応する部分の前記圧力発生室の幅が、他の部分と比較して狭いことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１９】
かかる第４の態様では、コンタクト部に対応する部分の圧力発生室の幅が小さいので、コンタクト部の駆動による変位が他の部分と比較して小さく、結果として応力の発生が小さくなり、破壊等の虞が低減され、また、コンタクトホール部のコンプライアンスが小さくなり、全体として吐出速度が向上する。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記弾性板の、前記コンタクト部に対応する部分の厚さが、他の部分と比較して厚いことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２１】
かかる第５の態様では、コンタクト部に対応する部分の弾性板の厚さが他の部分より厚いので、コンタクト部の駆動による変位が他の部分と比較して小さく、結果として応力の発生が小さくなり、破壊等の虞が低減される。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１〜４の何れかの態様において、弾性板の、前記コンタクト部に対応する部分の厚さが、前記圧力発生室の外壁近傍部分の厚さよりも厚いことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２３】
かかる第６の態様では、コンタクト部に対応する変位部である弾性板の厚さが他の部分より厚いので、コンタクト部の駆動による変位が他の部分と比較して小さく、結果として応力の発生が小さくなり、破壊等の虞が低減される。
【００２４】
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、前記圧電振動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。
【００２５】
かかる第７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。
【００２６】
本発明の第８の形態では、第１の態様において、前記コンタクト部に対応する部分が、圧電体非能動部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。
【００２７】
かかる第８の態様では、コンタクト部に対応する部分が圧電歪みを生じないので、コンタクト部の駆動による変位が他の部分と比較して小さく、結果として応力の発生が小さくなり、破壊等の虞が低減される。
【００２８】
本発明の第９の態様では、第８の態様において、前記圧電体非能動部が、前記コンタクト部に対応する部分の前記圧電素子の下電極を除去して形成されている特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２９】
かかる第９の態様では、コンタクト部に対応する部分の下電極が除去されているためコンタクト部において圧電歪みを生じることがなく、コンタクト部の駆動による変位が他の部分と比較して小さく、結果として応力の発生が小さくなり、破壊等の虞が低減される。
【００３０】
本発明の第１０の態様では、第８の態様において、前記圧電体非能動部が、前記コンタクト部に対応する部分の前記圧電素子の下電極と圧電体層の間、または前記圧電素子の圧電体層と上電極の間に低誘電体層を介在して形成されている特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３１】
かかる第１０の態様では、コンタクト部に対応する部分の下電極と圧電体層の間、または圧電体層と上電極の間に低誘電体層を形成したので、コンタクト部において圧電歪みを生じることがなく、コンタクト部の駆動による変位が他の部分と比較して小さく、結果として応力の発生が小さくなり、破壊等の虞が低減される。
【００３２】
本発明の第１１の態様では、第１〜１０の態様の何れかに記載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。
【００３３】
かかる第１１の態様では、ヘッドの耐久性の優れたインクジェット式記録装置を実現することができる。
【００３４】
【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。
【００３５】
（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０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、弾性膜５０上に圧電素子を構成している。ここで、圧電素子は、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、上電極及び下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は圧電素子の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子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。いず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ることになる。
【００４８】
なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極膜６０が弾性板として作用するが、下電極膜６０を圧電体膜７０と同様の形状パターニングし、弾性膜５０のみを弾性板として作用させることや、下電極膜が弾性膜を兼ねて弾性板とすることも可能である。
【００４９】
この様な、前記圧電素子及び弾性板によって構成される部分を、本願明細書において圧電振動子という。
【００５０】
ここで、本実施形態では、圧電体膜７０及び上電極膜８０の後述する絶縁体層９０のコンタクトホール９０ａに対応する部分を他の部分より幅狭となる幅狭部７０ａ及び幅狭部８０ａとしている。
【００５１】
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。
【００５２】
絶縁体層９０の各上電極膜８０の幅狭部８０ａに対応する部分の上面を覆う部分の一部には後述する導電パターン１００と接続するために上電極膜８０の幅狭部８０ａ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導電パターン１００が形成されている。導電パターン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。
【００５３】
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及び図５を参照しながら説明する。
【００５４】
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。
【００５５】
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７０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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
次に、図４（ｅ）に示すように、各圧力発生室１２それぞれに対して圧電振動子を配設するように、上電極膜８０及び圧電体膜７０のパターニングを行う。図４（ｅ）では圧電体膜７０を上電極膜８０と同一のパターンでパターニングを行った場合を示しているが、上述したように、圧電体膜７０は必ずしもパターニングを行う必要はない。これは、上電極膜８０のパターンを個別電極として電圧を印加した場合、電界はそれぞれの上電極膜８０と、共通電極である下電極膜６０との間にかかるのみで、その他の部位には何ら影響を与えないためである。しかしながら、この場合には、同一の排除体積を得るためには大きな電圧印加が必要となるため、圧電体膜７０もパターニングするのが好ましい。また、この後、下電極膜６０をパターニングして不要な部分を除去する。
【００５９】
次いで、図５（ａ）に示すように、上電極膜８０の周縁部及び圧電体膜７０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。
【００６０】
次に、図５（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。このコンタクトホール９０ａは、後述するリード電極としての導電体パターン１００と上電極膜８０との接続をする接続部を形成するためのものである。なお、コンタクトホール９０ａは、圧力発生室１２の他の部分、例えば、中央部やノズル側端部に設けてもよい。
【００６１】
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、導電体パターン１００を形成する。
【００６２】
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（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。
【００６３】
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後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、導電パターン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。
【００６４】
ここで、本実施形態における圧電振動子及び圧力発生室１２との形状を図６に示す。
【００６５】
図６に示すように、本実施形態では、圧電体膜７０及び上電極膜８０は、コンタクトホール９０ａが形成される部分が、他の部分より幅狭の幅狭部７０ａ及び８０ａとなり、また他の部分が圧力発生室１２の形状にほぼ対応するようにパターニングされている。この幅狭部８０ａ上には絶縁体層９０のコンタクトホール９０ａが形成され、このコンタクトホール９０ａ内で導電パターン１００との接続部が形成されている。
【００６６】
このように本実施形態では、リード電極である導電体パターン１００との接続部を形成するコンタクトホール９０ａの部分の圧電体膜及び上電極膜が形成された圧電体能動部の幅が他の部分より幅狭となっているので、当該コンタクトホール９０ａに対応する部分のたわみ量が小さくなり、圧電体膜７０ａ及び上電極膜８０ａにかかる応力が低減され、クラック、破壊等の発生する虞が小さくなる。
【００６７】
（実施形態２）
図７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圧電振動子及び圧力発生室の形状を示す。
【００６８】
本実施形態は、実施形態１の圧電体膜７０の幅狭部７０ａ及び上電極膜８０の幅狭部８０ａを設ける代わりに、圧力発生室１２のコンタクトホール９０ａに対応する部分に幅狭部１２ｂを設けたこと以外は、実施形態１と同様な構成である。
【００６９】
すなわち、圧力発生室１２の一部に幅狭部１２ｂを設ける一方、圧電体膜７０及び上電極膜８０は、圧力発生室１２の全体に亘って同一の幅で形成し、幅狭部１２ｂに対応する部分に絶縁体層９０のコンタクトホール９０ａを形成するようにした。
【００７０】
従って、コンタクトホール９０ａを介して圧電振動子に電圧を印加した際に、圧力発生室１２の幅狭部１２ｂに対応する部分、すなわち、コンタクトホール９０ａを介しての導電体パターン１００との接続部の部分の変位が小さくなる。この結果、コンタクトホール９０ａに対応する部分の圧電体膜７０及び上電極膜８０の応力が低減され、クラック、破壊等の虞が小さくなる。また、コンタクトホール９０ａに対応する部分のコンプライアンスが小さくなり、吐出速度が向上する。
【００７１】
（実施形態３）
図８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圧電体振動子及び圧力発生室の形状を示す。
【００７２】
本実施形態は、実施形態１及び実施形態２を合わせたものであり、圧力発生室１２のコンタクトホール９０ａに対応する部分に幅狭部１２ｂを設けると共に、圧電体膜７０及び上電極膜８０には幅狭部７０ａ及び８０ａを設けたものであり、他は上述した実施形態１及び２と同様な構成である。
【００７３】
すなわち、圧力発生室１２のインク供給側端部近傍に幅狭部１２ｂを設け、また、幅狭部１２ｂに対応する圧電体膜７０及び上電極膜８０を他の部分より幅狭に形成して幅狭部７０ａ及び８０ａとし、幅狭部１２ｂに対応する部分に絶縁体層９０のコンタクトホール９０ａを形成するようにした。
【００７４】
従って、コンタクトホール９０ａを介して圧電振動子に電圧を印加した際に、圧力発生室１２の幅狭部１２ｂに対応する部分、すなわち、コンタクトホール９０ａを介しての導電体パターン１００との接続部の部分の変位がさらに小さくなる。この結果、コンタクトホール９０ａに対応する部分の圧電体膜７０及び上電極膜８０に応力が低減され、クラック、破壊等の虞がさらに小さくなる。また、コンタクトホール９０ａに対応する部分のコンプライアンスが小さくなり、吐出速度が向上する。
【００７５】
（実施形態４）
図９に、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圧電振動子及び圧力発生室の形状を示す。
【００７６】
本実施形態は、圧電振動子の弾性板となる弾性膜５０及び下電極膜６０の厚さを、コンタクトホール９０ａに対応する部分と、その他の部分とで異なるようにし、コンタクトホール９０ａに対応する部分を相対的に変形し難くしたものである。
【００７７】
すなわち、圧力発生室１２に対向する下電極膜６０のうち、コンタクトホール９０ａに対応する部分以外（図９（ａ）で斜線で示す）の下電極膜６０の厚さを薄くし、薄肉部６０ａを形成し、この上に圧電体膜７０及び上電極膜８０を形成した。なお、下電極膜６０の薄肉部６０ａは、イオンミリング等により容易に形成することができる。
【００７８】
従って、圧電振動子への電圧印加により、コンタクトホール９０ａに対応する部分以外の変形が容易になり、逆に、コンタクトホール９０ａに対応する部分の変形が相対的に小さくなるので、応力の発生が小さくなり、クラック、破壊等の虞が小さくなる。また、本実施形態では、コンタクトホール９０ａ以外の部分の絶縁体層９０を除去することにより、さらに変位量の増大化を図っている。
【００７９】
なお、本実施形態では、圧力発生室１２にほぼ対向し且つコンタクトホール９０ａに対応する部分以外の下電極膜６０の厚さを薄くしたが、弾性板を薄くして変形を容易にするという趣旨からは、図１０に示すように、圧力発生室１２の周縁部に対向する部分のみに薄肉部６０ｂを形成してもよい。なお、この場合にも、コンタクトホール部９０ａ以外の部分の絶縁体層９０を除去することにより、さらに変位量の増大化を図っている。
【００８０】
何れにしても、圧電振動子による変形に最も関係する周縁部近傍を少なくとも薄くすればよい。従って、圧力発生室１２の周縁から若干外側まで薄くするのが好ましく、隣接する圧力発生室１２の薄肉部６０ｂと連続するようにしてもよい。
【００８１】
また、下電極膜６０ではなく、弾性膜５０に、または弾性膜５０及び下電極６０の両者に薄肉部を形成してもよい。勿論、弾性板として、下電極のみを設け、この下電極に薄肉部を形成してもよい。
【００８２】
（実施の形態５）
図１１に、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形状を示す。
【００８３】
本実施形態は、コンタクトホール９０ａに対応する部分を、圧電体非能動部とすることにより、コンタクトホール９０ａに対応する部分を相対的に変形し難くしたものである。
【００８４】
すなわち、少なくともコンタクトホール９０ａに対応する部分の下電極膜６０の一部を除去することにより下電極除去部６０aを形成し、この部分を電圧の印加によって圧電歪みが生じない圧電体非能動部としたものである。
【００８５】
この実施形態によれば、電圧の印加によりコンタクトホール９０ａに対応する部分が圧電歪みを起こすことが無いので、コンタクトホール９０ａに対応する部分を相対的に変形し難くすることができる。
【００８６】
また、本実施の形態の如く圧電体非能動部を形成して、コンタクトホール９０ａに対応する部分を相対的に変形し難くする方法としては、図１２（ａ）、（ｂ）に示すようにコンタクトホール９０ａに対応する部分に低誘電体層を形成することにより実現することができる。
【００８７】
すなわち、図１２（ａ）の如くコンタクトホール９０ａに対応する下電極６０と圧電体膜７０の間に低誘電体層９５aを形成して、低誘電体層形成領域を圧電体非能動部としたり、図１２（ｂ）の如くコンタクトホール９０ａに対応する圧電体膜７０と上電極９０の間に低誘電体層９５ｂを形成して、低誘電体層形成領域を圧電体非能動部とすることにより、コンタクトホール９０ａに対応する部分を相対的に変形し難くすることができる。
【００８８】
（他の実施形態）
以上、本発明の一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。
【００８９】
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。
【００９０】
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、基板面に垂直な方向にインクが吐出するノズル開口を形成してもよい。
【００９１】
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にぞれぞれ示す。この実施形態では、ノズル開口１１が圧電振動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。
【００９２】
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。
【００９３】
ここで、この実施形態においても、実施形態１と同様に、絶縁体層９０のコンタクトホール９０ａに対応する部分の圧電体膜７０及び上電極膜８０に幅狭部７０ａ及び８０ａを設けてある。これにより、コンタクトホール９０ａに対応する部分が他の部分と比較して変形し難くなり、上述した実施形態１と同様な効果を奏する。勿論、実施形態２〜４の構成を適用してもよい。
【００９４】
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。
【００９５】
さらに、上述した各実施形態では、弾性板として下電極膜とは別に弾性膜を設けたが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
【００９６】
また、圧電振動子とリード電極との間に絶縁体層を設け、コンタクトホール部を形成した例を説明したが、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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、これらの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のインク供給手段からのインクが、インク供給路を介して供給されるようにインクジェット式記録装置に搭載して用いられる。図１５は、この様なインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００９９】
図１５に示すように、インクジェット式記録ヘッド及びインク供給路としてのインク供給針を備えた記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、内部にインクが充填されたインクカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に構成されている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂはキャリッジ３に搭載され、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５の軸方向に移動自在に構成されている。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、複数色のカラーインクを吐出するものとしている。
【０１００】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車及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に沿って移動する。一方装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラ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に巻き付けられて搬送されるようになっている。
【０１０１】
この様なインクジェット記録装置は、コンピュータなどの出力装置のみならず、ファクシミリ、ワープロ等の記録装置部を備えたシステムに広く応用可能である。
【０１０２】
【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振動子の前記コンタクトホール部に対応する部分が、他の部分と比較して、電圧印加により変形し難くなっているので、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。
【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図である。
【図６】本発明の実施形態１の要部を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態２を説明する要部平面図である。
【図８】本発明の実施形態３を説明する要部平面図である。
【図９】本発明の実施形態４を説明する要部平面図である。
【図１０】本発明の実施形態４を変形例を示す要部平面図である。
【図１１】本発明の実施形態５を説明する圧力発生室長手方向の断面図である。
【図１２】本発明の実施形態４の変形例を示す圧力発生室長手方向の断面図である。
【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を示す断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係わ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
６０ａ  薄肉部
７０  圧電体膜
７０ａ  幅狭部
８０  上電極膜
８０ａ  幅狭部
９０  絶縁体層
９０ａ  コンタクトホール
１００  導電体パターン
【図１】
0003539220.tif 000002
【図２】
0003539220.tif 000003
【図３】
0003539220.tif 000004
【図４】
0003539220.tif 000005
【図５】
0003539220.tif 000006
【図６】
0003539220.tif 000007
【図７】
0003539220.tif 000008
【図８】
0003539220.tif 000009
【図９】
0003539220.tif 000010
【図１０】
0003539220.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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