(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルからインク滴を噴射するためのインクジェットヘッドにおいて、ノズルに連通し、インクを貯蔵する圧力室と、前記圧力室に圧力を与えるための圧電体と振動板とを有する矩形状の駆動体とを有し、前記駆動体は、矩形状の前記駆動体の幅方向の端部から中央位置の間に前記駆動体の長辺に平行に前記駆動体の矩形状の面に形成されたスリットにより自由端が形成されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載のインクジェットヘッドにおいて、前記駆動体の形状が、幅が狭く、長さが長い短冊状であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項記載のインクジェットヘッドにおいて、前記スリットが、矩形状の前記駆動体の幅方向の中央位置に前記駆動体の長辺に平行に前記駆動体の矩形状の面に設けられたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記スリットが、矩形状の前記駆動体の幅方向の端部に前記駆動体の長辺に平行に前記駆動体の矩形状の面に設けられたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記スリットを親水性とするとともに、前記スリット端部に撥水膜を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ノズルに連通する圧力室と、該圧力室にインクを供給する個別インク室との間に第２の圧力室と供給口とを設け、該供給口と前記ノズルとを同一寸法としたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求の範囲第１〜６項のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記駆動体のスリットを塞ぐための充填部材を更に有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記スリットを、前記駆動体の振動板と圧電体との両方、または圧電体のみに設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項９】
請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記スリットを介し前記圧力室に連通するインクタンクを更に有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】
個々のノズルからインク滴を噴射するためのマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、各々ノズルに連通し、インクを貯蔵する複数の圧力室と、圧電体と振動板と有し前記圧力室に圧力を与えるための複数の駆動体と、前記複数の圧力室に連通するインクタンクとを有し、前記各駆動体は、周囲３辺が固定され、他の１辺が固定されていないことを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
【請求項１１】
基板の一面に、電極層、圧電体層、振動板層を順次矩形状に形成するステップと、前記基板上の各層をミリングして、前記矩形状に形成された面の中央または端部にその一辺と平行なスリットを有する分離された圧電体と振動板とを有して構成される複数の駆動体を形成するステップと、前記基板の他面をエッチングして、分離された圧力室を形成するステップと、前記基板に、複数のノズルを有するノズル板を接合するステップとを有することを特徴とするマルチノズルヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項記載のマルチノズルヘッドの製造方法において、前記複数の駆動体を形成した後、前記スリットを充填材で充填するステップを更に有することを特徴とするマルチノズルヘッドの製造方法。
【請求項１３】
請求の範囲第１２項記載のマルチノズルヘッドの製造方法において、前記複数の駆動体を形成した後、インク供給室を有するインク供給部材を、前記駆動体に、接合するステップを更に有することを特徴とするマルチノズルヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術の分野】
本発明は、圧電体を用いたインクジェットヘッド及びその製造方法に関し、特に、圧電体と振動板とを有して構成される駆動体構造の駆動源を使用したインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
インクジェットプリンタは、インク室からインク粒を噴射して、シートに印刷を行うものである。インクジェットプリンタは、電子写真プリンタに比し、構成が簡単なため、低価格なプリンタを提供できる。又、カラー印刷も低価格な装置で可能である。このため、低価格のプリンタ市場の主流を構成している。
【０００３】
このインクジェットヘッドには、圧電素子を利用した圧電型と、発熱素子を利用したサーマル型とがある。圧電素子は、応答速度が速く、電気−機械エネルギー変換効率が高いという、サーマル型に見られない利点を有している。このため、圧電型は、高画質のカラープリンタに適している。
【０００４】
高画質のプリンタでは、インク滴の体積が大き過ぎても、小さ過ぎても、不都合を生じる。即ち、インク滴の体積が大きすぎる場合には、階調表現力が不足するため、画質が低下する。逆に、インク滴の体積が小さすぎると、印刷速度が低下するとともに、空気流及び微弱な帯電の影響により、インク飛翔方向が乱れるため、画質が低下する。このため、多くの高画質なプリンタでは、インク滴の体積は、数ピコリットル（１ピコリットル＝１０−１２リットル＝１０−１５立方メートル）である。
【０００５】
インク滴を噴射するための駆動源としての圧電体は、発生する機械エネルギー（発生力）は十分大きいが、変位量は小さい。このため、圧電体の変位を拡大する変位拡大機構が用いられている。インクジェットヘッドに好適な変位拡大機構として、圧電体と振動板とを有して構成される駆動体の構造（ユニモルフ構造）が最も広く利用されている。
【０００６】
第２８図（Ａ）、第２８図（Ｂ）及び第２８図（Ｃ）は、従来のインクジェットヘッドの説明図である。第２８図（Ａ）に示すように、この駆動体構造は、平板の圧電体９０に、平板の非圧電材料（金属やセラミックス等）９１を貼り合わせた構成である。圧電体９０は、厚み方向に膨張すると同時に、面方向に収縮するため、非圧電材料９１との間に歪みを生じ、これを緩和するため、反りを生じる。反りによる曲率半径は、非圧電材料９１側（外側）では、若干大きく、圧電体９０の内側では、若干小さいため、圧電体９０の外側と内側との長さが異なる。このため、圧電体９０の微小な歪み（面方向の収縮）に対し、大きな変形を生じる。
【０００７】
この駆動体を利用したインクジェットヘッドを、第２８図（Ｂ）及び第２８図（Ｃ）に示す。第２８図（Ｂ）及び第２８図（Ｃ）に示すように、インクを蓄えるインク室９５には、ノズル９２が設けられている。このインク室９５の壁を形成するように、振動板９１が設けられている。振動板９１は、第２８図（Ａ）の非圧電材料に相当する。この振動板９１の上に、各圧力室９５に対応するように、圧電体９０が設けられる。インク室９５は、インク供給口９３を介してインク供給室９４に連通する。
【０００８】
振動板９１と、圧電体９０との間に、電圧源９６を接続し、駆動電圧を供給することにより、圧電板９０及び振動板９１が変位し、圧力室９５に圧力を与える。これにより、圧力室９５のノズル９２からインク粒が噴出される。駆動電圧を解除することにより、圧電体９０は復旧し、これにより、インク供給室９４からインク供給口９３を介してインク室９５にインクが供給される。
【０００９】
この変位量は、第２８図（Ｂ）に示すように、圧電体９０の幅Ｗに依存し、幅Ｗを狭くすると変位量は激減する。従って、圧電体９０の幅Ｗを小さくできない。ノズルを複数並べたマルチノズルのドットピッチ、即ち、圧電ヘッドのノズル間隔ｄは、圧電体９０の幅Ｗにより決定される。このため、このような駆動体構造を用いたインクジェットヘッドは、サーマル方式に比し、ノズルの実装密度（ドットピッチ）及びコストの点で大きく劣っていた。例えば、サーマル方式の実装密度は、６００ｄｐｉであるのに対し、圧電体ユニモルフ方式では、１２０ｄｐｉであり、５倍もの差があった。
【００１０】
このため、圧電体ユニモルフ方式において、圧電体９０の幅Ｗを狭くして、実装密度を向上することが必要である。しかしながら、圧電体ユニモルフ方式では、圧電体９０の幅Ｗが、変位量を決定するため、圧電体９０の幅を狭くすると、変位量は激減し、応力は増加する。このため、印刷に適した体積を有する微細インク滴（例えば、１ピコリットル以上）の噴射に必要な変位を実現できないという問題があった。又、変位量を拡大するため、駆動電圧を高めると、応力が大きくなるため、振動板９１が破壊するという問題があった。
【００１１】
又、圧電体の変位量を増大するため、片持ち梁構造が知られている（例えば、特開平２−１４３８６１号公報）。第２９図（Ａ）及び第２９図（Ｂ）は、従来の片持ち梁構造のインクジェットヘッドの構成図である。第２９図（Ａ）に示すように、ノズル９２を形成した基板９７に、圧力室９５を介して、振動板９１と、圧電板９０と、個別電極９８とを設ける。この圧電体９０及び振動板９１は、第２９図（Ｂ）に示すように、片側のみが支持された片持ち梁の構造である。この片持ち梁構造では、駆動体９０の１つの固定端以外の周囲３辺は、自由端であるため、インクの圧力室９５への出入りが自由である。このため、圧力室の内圧が上がらず、インク滴を充分な速度に加速できないという問題があった。
【００１２】
この圧力室の圧力を上げるためには、駆動体９０の３辺の周囲のギャップを、狭くすることが考えられる。例えば、インク飛翔に適するギャップは、０．５ミクロン以下である。しかし、駆動体９０の３辺の周囲に、このような狭いギャップを形成し、高精度で各層を位置合わせを行うのは、殆ど不可能に近い。このため、実現容易な数ミクロン程度のギャップでは、極めて低速のインク滴しか飛翔されないという問題があった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、圧電体の幅を狭くしても、充分な速度のインク滴を得るためのインクジェットヘッド及びその製造方法を提供するにある。
又、本発明の他の目的は、圧電体の幅を狭くして、ヘッドのノズルの実装密度を向上するためのインクジェットヘッド及びその製造方法を提供するにある。
【００１４】
更に、本発明の他の目的は、圧電体の幅を狭くしても、充分な変位、圧力を得るためのインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することにある。
【００１５】
更に、本発明の目的は、圧電体の幅を狭くし、インクの再充填に要する時間を短縮し、応答周波数を向上するためのインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【発明の開示】
本発明のヘッドの一態様は、ノズルからインク滴を噴射するためのインクジェットヘッドにおいて、ノズルに連通し、インクを貯蔵する圧力室と、前記圧力室に圧力を与えるための圧電体と振動板とを有する矩形状の駆動体とを有し、前記駆動体は、矩形状の前記駆動体の幅方向の端部から中央位置の間に前記駆動体の長辺に平行に前記駆動体の矩形状の面に形成されたスリットにより自由端が形成されている。
【００１７】
この態様では、スリットにより、駆動体の圧電体の１部を開放したため、開放端のギャップを小さくでき、圧力漏れを最小とすることができる。又、スリットのため、作成が容易となる。また、この態様では、スリットが駆動体の長辺と平行であるため、スリットを設けても、インクエネルギー変換効率の低下を防止できる。
【００１８】
本発明の他の態様は、前記駆動体の形状が、幅が狭く、長さが長い短冊状である。この態様では、幅が狭いとノズル間隔を小さくでき、実装密度を向上できる。又、ノズル密度が高いと、マルチノズルヘッドの製造コストを低減できる。
【００１９】
本発明の他の態様では、前記スリットが、矩形状の前記駆動体の幅方向の中央位置に前記駆動体の長辺に平行に前記駆動体の矩形状の面に設けられた。スリットを、駆動体の中央に設けたため、スリットを設けても、エネルギー変換効率の低下を防止できる。
【００２０】
本発明の他の態様は、前記スリットが、矩形状の前記駆動体の幅方向の端部に前記駆動体の長辺に平行に前記駆動体の矩形状の面に設けられた。この場合には、スリットの片側からしか駆動されないため、駆動体のスリット近傍の応力は大きい。
【００２１】
本発明の他の態様は、前記スリットを親水性とするとともに、前記スリット端部に撥水膜を形成した。極めて幅狭なスリット内部のインクの表面張力による強固なメニスカスを形成して、インク漏れ及び圧力逃げを防止する。
【００２２】
本発明の他の態様は、前記ノズルに連通する圧力室と、該圧力室にインクを供給する個別インク室との間に第２の圧力室と供給口を設け、該供給口と前記ノズルとを同一寸法とした。駆動源の上方と下方の音響インピーダンスを略同一とすることができ、圧力室内のインクの分布定数的な挙動による複雑な過渡現象を極小化でき、応答速度がより速くなり、動作周波数を高速にできる。
【００２３】
本発明の他の態様では、前記駆動体のスリットを塞ぐための充填部材を更に有する。スリットを充填材で塞ぐため、スリットを設けても、インク漏れや圧力漏れを防止できる。
【００２４】
本発明の他の態様は、前記スリットを、前記駆動体の振動板と圧電体との両方、または圧電体のみに設けた。これにより一層引っ張り応力を開放することができる。
【００２５】
本発明の他の態様では、前記スリットを介し前記圧力室に連通するインクタンクを更に有する。スリットをインク供給路として利用するため、インクの噴出とともに、インクの再充填が行われ、応答周波数が向上し、高速印刷が可能となる。
【００２６】
本発明のマルチノズルインクジェットヘッドは、各々ノズルに連通し、インクを貯蔵する複数の圧力室と、圧電体と振動板と有し前記圧力室に圧力を与えるための複数の駆動体と、前記複数の圧力室に連通するインクタンクとを有し、前記各駆動体は、周囲３辺が固定され、他の１辺が固定されていない。
【００２７】
この態様では、駆動体の圧電体の１辺を開放したため、圧力漏れな少なくし、引っ張り応力を開放することができる。又、３辺は固定のため、圧力漏れを最小とすることができる。このため、圧電体の幅が狭くても、インク滴を噴出するために必要な変位及び圧力を得ることができる。これにより、高密度のマルチノズルヘッドを実現できる。
【００２８】
本発明のマルチノズルヘッドの製造方法は、基板の一面に、電極層、圧電体層、振動板層を順次矩形状に形成するステップと、前記基板上の各層をミリングして、前記矩形状に形成された面の中央または端部にその一辺と平行なスリットを有する分離された圧電体と振動板とを有して構成される複数の駆動体を形成するステップと、前記基板の他面をエッチングして、分離された圧力室を形成するステップと、前記基板に、複数のノズルを有するノズル板を接合するステップとを有する。
【００２９】
この態様では、ミリングにより、個々の駆動体を形成するとともにスリットを形成するため、容易に且つ安価に、一辺が開放された駆動体を形成することができる。ミリングによるため、微細幅のスリットを形成でき、圧力漏れを最小にできる。
【００３０】
本発明の他の態様は、前記複数の駆動体を形成した後、前記スリットを充填材で充填するステップを更に有する。スリットを充填材で充填するため、スリットを設けても、インク漏れや圧力漏れを防止できる。
【００３１】
本発明の他の態様は、前記複数の駆動体を形成した後、インク供給室を有するインク供給部材を、前記駆動体に、接合するステップを更に有する。スリットをインク供給路として利用するため、インクの噴出とともに、インクの再充填が行われ、応答周波数が向上し、高速印刷が可能となる。
【００３２】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の圧電体と振動板とを有して構成される駆動体、インクジェットヘッド、ヘッドの製造方法を順に説明する。
【００３３】
・・圧電体と振動板とを有して構成される駆動体・・
第１図は、本発明の一実施例の圧電体と振動板とを有して構成される駆動体（以下、単に駆動体とも言う）の説明図、第２図は、本発明を説明するための従来の駆動体の説明図、第３図は、本発明の他の実施例の駆動体の説明図である。
【００３４】
第１図（Ａ）に示すように、駆動体は、振動板２と圧電体１を貼り合わせたものである。振動板２と圧電体１の４辺は、固定されている。この駆動板を２分するように、駆動体の長辺と平行に、スリット３が設けられている。このスリット３は、振動板２と圧電板１の両方に設けられていても良く、又、圧電体１のみに設けられていても良い。
【００３５】
第１図（Ｂ）は、第１図（Ａ）の駆動体の変位分布図であり、変位はスリット３の中央（点Ｂ）で最大となり、変位拡大率が大きい。第１図（Ｃ）は、第１図（Ａ）の駆動体の断面図であり、スリット３により切断されているため、変位の最大となるスリット３の近傍（自由端）での圧電体１の応力は小さい。
【００３６】
これに対し、第２図（Ａ）の従来の駆動体は、振動板２と圧電体１を貼り合わせたものであるが、スリットは設けられていない。即ち、駆動体の周囲４辺が固定されている。第２図（Ｂ）は、従来の駆動体の変位分布図であり、変位は、圧電体９０の面の中央（点Ａ）で最大となる。第２図（Ｃ）は、従来の駆動体の断面図であり、変位の最大となる圧電体９０の中央部の応力は、大きい。
【００３７】
即ち、第２図（Ｃ）の断面図に示すように、従来の駆動体の圧電体９０は、周囲が固定されているため、変位により引っ張り応力が発生し、変位を大きくできない。又、引っ張り応力により、圧電体９０にかかる応力が大きいため、破壊されやすい。
【００３８】
これに対し、本発明の駆動体では、スリット３により圧電体１の引っ張り応力が解放されている。このため、両端が固定されていても、圧電体１の変位は大きくなる。又、引っ張り応力が解放されるため、圧電体１にかかる応力が小さいため、破壊されにくい。
【００３９】
このため、変位量を大きくするため、高い駆動電圧をかけても、駆動体の破壊を防止できる。しかも、スリット３が１つであるため、圧力逃げが少ない。このため、駆動体のエネルギーがインク噴射エネルギーへ変換される効率が高い。従って、小さな駆動体でも、充分な大きさ及び速度のインク滴を噴射することができる。又、１つのスリット３のため、ヘッドの製造も容易である。
【００４０】
第３図（Ａ）及び第３図（Ｂ）は、本発明の他の構造の正面図及び断面図である。第３図（Ａ）に示すように、圧電体１と振動板２とからなる駆動体の端部に、スリット３が形成されている。即ち、駆動体は、周囲３辺が固定され、１辺が開放されている。
【００４１】
第３図（Ｂ）に示すように、駆動体１、２の一端が固定され、端部が開放されているため、圧電体１の引っ張り応力が開放される。このため、圧電体１の変位は大きくなり、圧電体１にかかる応力も小さい。
【００４２】
表１は、ノズルピッチが６００ｄｐｉの場合に好適な圧電板１及び振動板２の寸法を示す。圧電体１には、ＰＺＴを使用し、幅３２μｍ、長さ４００μｍ、厚さ０．４μｍである。密度は、８６００ｋｇ／ｍ３、ヤング率は、１００ＧＰａ、圧電定数ｄ３１は、１００ｐｍ／Ｖである。一方、振動板２は、Ｃｒを使用し、幅３２μｍ、長さ４００μｍ、厚さ０．３μｍである。密度は、７１９０ｋｇ／ｍ３、ヤング率は、２４８ＧＰａである。
【００４３】
【表１】
0003903790.tif 000002
この寸法での、第１図（Ａ）の本発明の駆動体構造と、第２図（Ａ）の従来の駆動体の構造との変位量、面全体での体積変位、発生圧力及び振動板の最大応力を、表２に示す。
【００４４】
【表２】
0003903790.tif 000003
表２に示すように、印加電圧が、９Ｖの時に、従来の駆動体の構造では、振動板のＶｏｎ Ｍｉｓｅｓ応力が、１．２ＧＰａとなり、振動板が破壊する。この破壊を避けるため、振動板の応力を、５００ＭＰａに制限すると（即ち、駆動電圧を、３．７Ｖに下げると）、表２の（）内に示すように、体積変位は、０．９５ｐｌ、発生圧力は、０．１４ＭＰａとなる。このため、印刷に適した１ピコリットル以上のインク滴を噴射することは不可能であることが判った。
【００４５】
これに対し、本発明の駆動体構造では、印加電圧が９Ｖの時に、振動板の応力は、５００ＭＰａであり、破壊しない。スリット位置が中央である場合は、変位量は、６１３ｎｍ、体積変位は、２．６２ｐｌ、発生圧力は、０．２６７ＭＰａとなり、高画質の印刷に最適な２〜３ピコリットル程度の微細インク滴の噴射が可能となる。
【００４６】
これにより、本発明の駆動体の駆動源は、破壊限界内において、従来の駆動源に比べて、変位量が４．３倍、体積変位が、２．８倍、発生圧力が、１．９倍であり、従来の駆動体構造の課題であった、駆動体の幅を狭くした時の変位量の不足を克服できる。
【００４７】
このため、ノズルピッチが６００ｄｐｉで、高画質印刷に最適な２〜３ピコリットル程度の微細インク滴の噴射が可能であり、更に、６００ｄｐｉを超えるノズルピッチも実現できる。
【００４８】
スリット３の位置は、駆動体端部（圧力室壁付近）から駆動体中央部までの範囲内で、任意である。このスリットにより得られる効果は、スリット３の駆動体に対する位置に関連する。
【００４９】
第１図（Ａ）に示すように、スリット３を、駆動体の中央に設けた場合には、スリット３の両側から駆動されるため、駆動体のスリット近傍の応力は小さい。従って、駆動電圧を高くできる。又、丁度、１つの駆動体が、２つの駆動体に分割された形となり、幅狭となるため、変位は比較的小さく、発生圧力は比較的大きい。
【００５０】
これに対し、第３図（Ａ）に示すように、スリット３が、駆動体の端部にある場合には、スリットの片側からしか駆動されないため、駆動体のスリット近傍の応力は大きい。又、１つの幅広の駆動体のため、変位は、比較的大きく、発生圧力は比較的小さい。
【００５１】
従って、第１図（Ａ）に示す構造は、駆動電圧を高くすることにより、大きな変位量が得られる。又、第３図（Ａ）に示す構造は、大きな変位量が得られるため、圧電体の幅を更に小さくして（例えば、１５μｍ）、応力を小さくして、使用できる。圧電体の幅をより小さくできるため、よりドットピッチの狭いヘッドを実現できる。即ち、１２００ｄｐｉ以上の実装密度のヘッドに好適である。
【００５２】
次に、本発明に好適な駆動体の形状について、考察する。駆動体の形状が、幅が狭く（例えば、３２．５μｍ）、長さが長い（例えば、４００μｍ）短冊状が好適である。幅が狭いと、ノズル間隔を小さくでき、実装密度を向上できる。又、ノズル密度が高いと、マルチノズルヘッドの製造コストを低減できる。
【００５３】
更に、このような短冊形状であると、同一の面積の正方形の駆動体に比し、同じ体積変位及び発生圧力を生じるための圧電体１の厚みを薄くでき、しかも駆動電圧も低い。このため、圧電体の体積を小さくでき、製造コストを低減できる。更に、駆動電圧を低くできるため、駆動回路のコストも低減できる。
【００５４】
このように、幅が狭く、長さが長い構造では、薄い圧電体で、高い圧力と大きな体積変化が得られるため、スリット３の方向にも効果の違いがあり、スリット３は、矩形構造体の長辺に平行で、且つ長辺の中央に位置した時に、最高の性能を発揮できる。
【００５５】
例えば、矩形構造体の短辺に平行に、スリットを設けた場合には、圧電体の幅方向の応力の開放程度が低いため、発生圧力は低下する。又、矩形構造体に斜めに、スリットを設けた場合には、圧力室のインクにねじりを生じるさせるため、インク噴射に対するエネルギーが浪費される。又、圧力室からの圧力の逃げも大きい。駆動体の機械的出力エネルギー（体積変位×発生圧力）の駆動体に投入された静電エネルギーの比で定義されるエネルギー効率は、スリット３が長辺に平行である時に、最大となる。
【００５６】
更に、スリットが、矩形構造体の長辺に平行であるが、長辺の中央位置にない場合には、スリットの両側で変形量が異なるため、スリット内のインクにねじりを生じさせるため、エネルギーが浪費される。
【００５７】
以上のことから、スリット部のインク流動を最小にし、且つインク噴射に対するエネルギー効率を高めるためには、スリット３は、矩形構造体の長辺に平行で、且つ長辺の中央に位置した時に、最高の性能を発揮できる。
【００５８】
このスリットが、加工精度上、完全に中央で、平行という条件を満たすことは困難であり、加工精度上の制約がある。このため、スリットは、ほぼ中央に位置し、ほぼ平行であれば、最適な性能を得ることができる。
【００５９】
スリットの幅は、できる限り狭い方が、圧力漏れを防止できる点で好ましいが、これも加工精度上の制約がある。例えば、本実施例では、０．５ミクロン程度が好適である。又、スリットは、圧電体の引っ張り応力を開放する観点から、少なくとも、圧電体に設けられることが必要である。振動板も圧電体と一体となるため、振動板にもスリットを形成することにより、一層引っ張り応力を開放することができる。
【００６０】
圧電体としては、前述のＰＺＴの他に、他の圧電材料を使用できる。又、振動板としては、前述のＣｒの他に、他の非圧電材料を使用できる。
【００６１】
・・インクジェットヘッドの構造・・
第４図は、本発明の第１の実施例のインクジェットヘッドの構成図であり、第５図は、その部分拡大図、第６図はそのヘッド単体の斜視図、第７図は、そのマルチノズルヘッドの部分斜視図、第８図はその全体斜視図、第９図はその断面拡大図である。
【００６２】
第４図（Ａ）は、マルチノズルヘッドの上面図、第４図（Ｂ）は、その断面図、第４図（Ｃ）は、その正面図である。
【００６３】
第４図（Ａ）、第４図（Ｂ）及び第４図（Ｃ）に示すように、振動板２の下に、各圧力室６が形成されている。各圧力室６にはノズル９が設けられている。圧力室６は、インク供給路４を介し共通インク室５に連通する。振動板２の上に、各圧力室６に対応して、矩形の圧電板１が設けられている。圧電板１及び振動板２には、圧電板１の幅方向の中央位置に、矩形の長辺に沿ってスリット３が設けられている。
【００６４】
第５図に示すように、圧電体１と振動板２のスリット３は、充填材７で塞がれている。この充填部材７は、スリット３からインクの漏れを防止し、且つ圧力室６の圧力の逃げを防止する。充填部材７は、圧電板１の撓み動作を妨げないように、弾性であることが望ましい。この充填部材７として、例えば、シリコーンゴムが適当である。
【００６５】
第４図（Ｂ）に示すように、圧電体１には、個別電極（図示せず）が形成されている。この振動板２は、共通電極としも機能する。この振動板２と圧電板１の個別電極とには、電位源８が接続され、電位源８により駆動電圧が供給される。圧電体１に駆動電圧を印加すると、振動板２と圧電板１からなる駆動体は、圧力室６側に撓む。これにより、圧力室内の圧力が高まるため、インクがノズル９から噴射されると同時に、供給口４を経由して、共通インク路５にもインクが流出する。これにより、圧力室６内は負圧になるため、ノズル９のメニスカスは、圧力室側に移動するとともに、供給口４を経由して、共通路５からインクが再充填される。
【００６６】
この実施例では、第１図に示す駆動体を使用しているため、前述したように、圧電体１の幅を狭くしても、大きな変位量を得ることができ、２〜３ピコリットルのインク滴の噴射を行うことができる。このため、例えば、圧電体１の幅を３２μｍとして、第４図（Ｃ）に示すノズル間隔ｄを６００ｄｐｉ以上とすることができる。
【００６７】
この実施例では、矩形構造体の一辺に、平行にスリットを入れることにより、変位拡大率が大きくなり、応力が緩和されるため、高いノズル実装密度が実現できる。又、スリットは１本だけであるため、加工が容易である。構造体にスリットを入れることで生じた開口部を、別の部材で塞いでいるため、従来のインクジェットヘッドに容易に適用でき、且つ従来のインクジェットヘッドの設計技術を適用できる。
【００６８】
次に、実施例を説明する。
【００６９】
第８図は、マルチノイズインクジェットヘッドの斜視図である。マルチノズルヘッド１１は、共通インク室５に、２５６個のヘッド単胞１０が並んで設けられ、構成されている。各ヘッド単胞１０を外部と接続するため、フレキシブルケーブル１２が設けられている。
【００７０】
ヘッド単胞１０は、第６図に示すように、第４図の構成と同一である。即ち、振動板２の下に、各圧力室６が形成されている。各圧力室６にはノズル９が設けられている。圧力室６は、インク供給路４を介し共通インク室５に連通する。振動板２の上に、各圧力室６に対応して、矩形の圧電板１が設けられている。圧電板１及び振動板２には、圧電板１の幅方向の中央位置に、矩形の長辺に沿ってスリット３が設けられている。圧電体１と振動板２のスリット３は、弾性部材７で塞がれている。尚、第７図は、ヘッド単胞の連続配置を示した図である。
【００７１】
この実施例のノズルピッチ、即ち、各ヘッド単胞の間隔は、６００ｄｐｉである。インクには、一般的な水溶性インクの他に、油性インクやソリッドインクも使用できる。スリット３のギャップは、広い方が製造し易いが、広すぎると、スリット３を塞いでいる部材７の撓みによる圧力逃げが大きくなり、印加電圧が上昇するとともに、インク噴射に関する固有周波数（ヘルムホルツ周波数）及びヘッドの応答周波数が低下する。このため、この実施例では、スリット幅を、０．５ミクロンとしている。
【００７２】
第９図は、印字ヘッドの寸法を説明するためのヘッド詳細断面図であり、表３は、印字ヘッドの寸法とインク噴射性能を示す。
【００７３】
【表３】
0003903790.tif 000004
第９図及び表３に示すように、ノズル９の径ｎを、１０μｍ、長さＬ１を、１２μｍとした。圧力室６の幅を、３２．５μｍ、長さＬ２を、４００μｍ、深さｄ１を、７０μｍとした。第４図（Ｃ）に示した各圧力室６の間の圧力室の壁の厚さを、６．８３μｍとした。圧力室６を構成する壁６０の材質は、Ｎｉとし、圧力室のヤング率を、２１９ＧＰａとした。圧電体（ピエゾ）１の幅Ｗは、３２．５μｍであり、厚さは０．４μｍとした。スリット３の幅は、０．５μｍである。振動板２の厚さは、０．３μｍであり、供給口４の幅は、８μｍ、深さは、８μｍ、長さは、１２μｍであった。振動板２と圧電体１の材質は、表１と同様に、Ｃｒ、ＰＺＴとした。
【００７４】
スリット３の充填材７は、シリコン−ゴムを使用し、そのヤング率は、５．９ＭＰａである。インクには、水性染料インクを使用し、その粘度は、２．５ｃＰ、表面張力は、０．０３０Ｎ／ｍ、音速は、１５５０ｍ／ｓ、密度は、１０２４ｋｇ／ｍ３である。
【００７５】
表３に示すように、このヘッドに、９Ｖの印加電圧を加えた結果、粒子体積２．０ｐｌで、粒子飛翔速度８．０ｍ／ｓのインク滴を噴射した。このように、圧電体１の幅を、例えば、３０μｍ程度は狭くしても、充分な体積で速度のインク滴を得ることができる。このため、圧電体１の幅を狭くして、ヘッドの実装密度を高めても、高画質のインクジェット記録が可能となる。
【００７６】
第１０図は、本発明の第２の実施例のヘッド拡大図である。圧電体１及び振動板２のスリット３を塞ぐため、圧力室６側に、高分子フィルム７−１を設けている。振動板２に高分子フィルム７−１を熱融着している。この高分子フィルム７−１としては、ＰＥＴフィルムが好適である。このフィルム７−１の厚さは、５μｍであり、ヤング率は、４ＧＰａである。このフィルムを表３に示すヘッドに適用し、第９図のヘッドに用いた物性のインクを使用して、インク噴射性能を求めたところ、表３と同一の結果を得た。
【００７７】
第１１図は、本発明の第３の実施例のヘッド拡大図である。この実施例では、スリット３を親水性にするとともに、スリット３の端部に撥水膜７−２を設けることで、極めて幅狭なスリット３内部のインクの表面張力による強固なメニスカス７−３を形成して、インク漏れ及び圧力逃げを防止する。撥水膜７−２は、例えば、フッ素含有樹脂等の液状の樹脂を焼き付けることにより、形成できる。
【００７８】
この実施例では、表３の印字ヘッドの寸法において、スリット３の幅を、０．２μｍとした。そして、撥水膜７−２の撥水部の接触角を７０°、親水部の接触角を１０°とし、表面張力が０．０３０Ｎ／ｍのインクを使用することで、圧力室内の圧力逃げを回避するに十分なメニスカス圧力０．５９ＭＰａが得られた。このヘッドに、９Ｖの印加電圧を与えたところ、粒子体積１．８ｐｌ、粒子飛翔速度７．５ｍ／ｓのインク滴を噴射した。
【００７９】
・・インクジェットヘッドの製造方法・・
前述したように、このヘッドの圧電体１は、０．４μｍ程度と極めて薄いため、スパッタ法で形成するのが、適当である。以下、ヘッドの製造方法を説明する。
【００８０】
第１２図乃至第１５図は、第４図及び第１０図の第１のヘッドの製造過程を示す。
【００８１】
第１２図（Ａ）に示すように、基板１０１を用意する。基板１０１には、厚さ０．０３ｍｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単結晶を使用する。これは、例えば、３００〜５００μｍ程度の厚い基板を、Ｓｉ等のウェハーに固定して、研磨等で薄くすることにより、得られる。又、全面エッチングにより、薄い基板を得ても良い。
【００８２】
次に、第１２図（Ｂ）に示すように、基板１０１上に、電極層（個別電極）１０２を形成する。ついで、第１２図（Ｃ）に示すように、電極層１０２の上に、圧電体層１０３を形成する。更に、第１２図（Ｄ）に示すように、圧電体層１０３の上に、振動板１０４を形成する。これらは、いずれも、薄膜形成技術であるスパッタリング法を用いて、形成される。尚、本実施例では、電極層１０２の材質として、白金（Ｐｔ）を用い、振動板１０４の材質として、Ｃｒを用いている。ここで、端部に、個別電極層を露出するため、又、圧電体層１０３の逃げを形成するため、更に共通電極（振動板）１０４とのショートを防止するため、各層は、段差を付けて形成される。
【００８３】
この後、第１２図（Ｅ）に示すように、上記積層体を、圧力室に対応する部分に分割し、且つ振動板及び圧電体にスリットを形成するためのミリングパターンを、ドライフィルムレジスト（以下、レジストパターンと記す）１０５により形成する。第１２図（Ｅ）は、スリット部分１０５ａを含むレジストパターン１０５を形成した状態を示しており、前述の電極層１０２と圧電体層１０３と、振動板１０４の残す部分に、レジストパターン１０５を形成している。本実施例では、レジストパターンとして、ＦＲ１３０（東京応化製：アルカリタイプレジスト、３０μｍ厚）を用い、２．５ｋｇｆ／ｃｍ、０．５ｍ／ｓ、１１５°Ｃでラミネートした後、ガラスマスクで、１２０ｍＪの露光を行った。そして、６０°Ｃ、１０分の予備加熱及び室温までの冷却を行った後、１ｗｔ％のＮａ２ＣＯ３溶液での現像を行い、パターンを形成した。
【００８４】
次に、第１３図（Ａ）に示すように、この基板を銅ホルダーに、熱伝導性の良好なグリスにて固着し、照射角度−５°でＡｒガスのみを用いて、７００Ｖでミリングを行った。その結果、第１３図（Ａ）に示すような形状となり、ミリング部分の深さ方向のテーパー角は、面に対して８５°以上の垂直になった。レジストパターン１０５を除去した状態を、第１３図（Ｂ）に示す。
【００８５】
第１３図（Ｂ）に示すように、基板１０１上に、分離された複数の駆動体１０６ｂが形成される。この個々の駆動体１０６ｂは、個別電極１０２と、圧電体１０３と、共通電極（振動板）１０４とが積層されて、形成される。又、各駆動体１０６ｂには、中央にスリット１０６ａが形成されている。
【００８６】
次に、第１３図（Ｃ）に示すように、分割された振動板１０４を、電極１０７で結線し、振動板１０４を共通電極とする。そして、個別電極１０２の結線部を形成するために、前述の段差部分に、絶縁層１０８を形成する。この実施例では、絶縁層１０８に、感光性ポリイミドを用いた。そして、絶縁層１０８の個別電極に対応する部分に、コンタクトホールを形成した。
【００８７】
次に、第１３図（Ｄ）に示すように、前記各個別電極１０２と、振動板（共通電極）１０４を、外部に接続するため、ＦＰＣ（フレキシブルケーブル）１０９を、各個別電極１０２と、振動板（共通電極）１０４とに接続する。この時、絶縁層１０８の各コンタクトホールに、金（Ａｕ）ボールを乗せ、又はメッキにより、各個別電極１０２の接点を形成しておき、ＦＰＣ１０９の先端を一度に接続する。
【００８８】
次に、第１３図（Ｅ）に示すように、各駆動体１０６ｂのスリット１０６ａに、充填材を充填するため、各スリット１０６ａに対応した開口１１１を有する充填材供給部材１１０を用意しておく。この充填材供給部材１１０の開口１１１は、微細であるため、電鋳等で形成される。各開口１１１が、各駆動体１０６ｂのスリット１０６ａに位置するように、位置合わせし、この充填材供給部材１１０を、振動板１０４に接着する。
【００８９】
この後、第１４図（Ａ）に示すように、充填材供給部材１１０の各開口１１１に、弾性部材（充填材）１１２を注入し、加熱、硬化する。本実施例では、弾性部材１１２に、ＴＥＳ３３２０（東芝シリコーン製）を用いた。この弾性部材１１２を注入し、１００°Ｃ、１時間の熱硬化を行った。この時、充填する弾性部材１１２は、充填材供給部材１１０の上面に付着したり、溢れだすことを避けるため、部材１１０の深さよりも薄くなるように、注入する。このようにして、第６図に示したように、スリット３に、充填材１１２が充填される。
【００９０】
次に、第１４図（Ｂ）に示すように、蓋部材１１３を、充填材供給部材１１０の上面に、接着材で接合する。蓋部材１１３は、グラスファイバー添加の部材を用いた。又、弾性部材１１２が注入された開口１１１に気泡が残留していても、問題はない。接合、固定後、ＦＰＣ１０９の接続部と、蓋部材１１３との空間に、接着・固定剤を注入し、電気接点部及び全体の補強を行う。本実施例では、耐熱性硬化樹脂（エイブルボンド３４２−３）を用いた。耐熱性を有していれば、他の充填材、硬化樹脂を用いても良い。
【００９１】
第１４図（Ｃ）に示すように、このように、ＦＰＣ１０９の接合部に、充填材１１４を充填し、蓋部材１１３との隙間を埋め、後工程での接合に耐えうる強度を確保した後、全体を反転し、基板１０１表面を表にする。
【００９２】
次に、第１４図（Ｄ）に示すように、基板１０１の圧電体変形部に、圧力室を形成するためのエッチングパターンマスク１１５を接着する。このエッチングパターンマスク１１５は、各圧力室部分１１７と、インク通路部分１１６とを有する。本実施例で用いたエッチングパターンマスク１１５は、日東電工製のリバアルファである。前記分割された駆動体１０６ｂを形成するため行ったミリングで、アラインメントマーク（図示せず）も同時に形成している。このアラインメントマークを利用して、エッチングパターンマスク１１５と基板１０１とのアラインメントを行った。基板１０１であるＭｇＯ基板は、透明体なので、容易にアラインメントができる。又、エッチングパターンマスク１１５は、基板１０１のエッチング時に、エッチング液が、ＦＰＣ１０９や駆動体１０６ｂに接触しないように、広い面積を有している。
【００９３】
次に、エッチングは、リン酸８０°Ｃ・８０％溶液を用い、４０分浸すことにより行った。この後、水洗い・乾燥を行い、１７０°Ｃのホットプレート上に、エッチングパターンマスク１１５面が接触するように乗せて、マスク１１５のみを剥離した。第１５図（Ａ）の剥離後のヘッドに示すように、基板１０１に、分離された圧力室１０１ｂと、インク通路１０１ａとが形成された。
【００９４】
一方、ノズル板１１８は、上記した工程と別工程により形成される。第１５図（Ｂ）に示すように、ノズル板１１８には、各圧力室に対応したノズル１２０が形成されている。又、圧力室シート１１９には、各圧力室とインク供給路が形成されている。これらは、Ｎｉ電鋳で形成される。基板１０１に、シート１１９と、ノズル板１１８とを接合し、ヘッドを完成する。
【００９５】
このようにして、スパッタ法を用いて、駆動体を形成するため、薄い駆動体を容易に形成できる。又、ミリングにより、分離された駆動体を形成するため、狭い幅の駆動体を容易に形成できる。更に、ミリングによりスリット３も同時に形成でき、工程も簡単となる。圧力室をエッチングにより形成するため、微小な圧力室を形成することができる。このため、６００ｄｐｉ以上の実装密度の高いマルチヘッドを容易に作成することができる。
【００９６】
・・他のインクジェットヘッドの構造・・
第１６図は、本発明の第４の実施例のインクジェットヘッドの構成図であり、第１７図はそのヘッド単体の斜視図、第１８図は、そのマルチノズルヘッドの部分斜視図、第１９図はその全体斜視図、第２０図はその断面拡大図、第２１図は、本発明の第５の実施例のインクジェットヘッドの構成図である。
【００９７】
第１６図（Ａ）は、マルチノズルヘッドの上面図、第１６図（Ｂ）は、その断面図、第１６図（Ｃ）は、その正面図である。尚、第１６図において、第４図で示したものと同一のものは、同一の記号で示してある。
【００９８】
第１６図（Ａ）、第１６図（Ｂ）及び第１６図（Ｃ）に示すように、振動板２の下に、各圧力室６が形成されている。各圧力室６にはノズル９が設けられている。各圧力室６に対応して、矩形の圧電板１が設けられている。圧電板１及び振動板２には、圧電板１の幅方向の中央位置に、矩形の長辺に沿ってスリット３が設けられている。
【００９９】
第１６図（Ｂ）に示すように、圧電体１には、個別電極（図示せず）が形成されている。この振動板２は、共通電極としても機能する。この振動板２と圧電板１の個別電極とには、電位源８が接続され、電位源８により駆動電圧が供給される。又、圧電板１の上に、インクを圧力室６に供給するための個別インク室１３が設けられている。第１６図（Ｃ）に示すように、スリット３を介して、圧力室６と個別インク室１３とが連結している。即ち、スリット３により生じた開口を、噴射した分のインクをインクタンクから補給するためのインク通路（供給口）として利用している。
【０１００】
圧電体１に駆動電圧を印加すると、振動板２と圧電板１からなる駆動体は、圧力室６側に撓む。これにより、圧力室内の圧力が高まるため、インクがノズル９から噴射されると同時に、スリット３のインクは、駆動体と同方向に移動する。このため、インク噴射とインク再充填が同時に行われる。これにより、ヘッドのインク再充填に要する時間を短縮でき、ヘッドとしての応答周波数を高速化できる。
【０１０１】
この実施例では、第１図に示す駆動体を使用しているため、前述したように、圧電体１の幅を狭くしても、大きな変位量を得ることができ、２〜３ピコリットルのインク滴の噴射を行うことができる。このため、例えば、圧電体１の幅を３２μｍとして、第１６図（Ａ）に示すノズル間隔ｄを６００ｄｐｉ以上とすることができる。
【０１０２】
この実施例では、矩形構造体の一辺に、平行にスリットを入れることにより、変位拡大率が大きくなり、応力が緩和されるため、高いノズル実装密度が実現できる。又、スリットは１本だけであるため、加工が容易である。構造体にスリットを入れることで生じた開口部を、噴射した分のインクを補給するためのインク通路として利用しているため、ヘッドの応答性を高速にできる。
【０１０３】
次に、実施例を説明する。
【０１０４】
第１９図は、マルチノイズインクジェットヘッドの斜視図である。マルチノズルヘッド１５は、共通インク室５に、２５６個のヘッド単胞１４が並んで設けられ、構成されている。各ヘッド単胞１４を外部と接続するため、フレキシブルケーブル１２が設けられている。
【０１０５】
ヘッド単胞１４は、第１７図に示すように、第１６図の構成と同一である。即ち、振動板２の下に、各圧力室６が形成されている。各圧力室６にはノズル９が設けられている。振動板２の上に、各圧力室６に対応して、矩形の圧電板１が設けられている。圧電板１及び振動板２には、圧電板１の幅方向の中央位置に、矩形の長辺に沿ってスリット３が設けられている。圧電体１と振動板２のスリット３を介し個別インク室１３が設けられている。この個別インク室１３は、共通インク室５に連通する。尚、第１８図は、ヘッド単胞の連続配置を示した図である。
【０１０６】
この実施例のノズルピッチ、即ち、各ヘッド単胞の間隔は、６００ｄｐｉである。インクには、一般的な水溶性インクの他に、油性インクやソリッドインクも使用できる。水溶性インクは、導電性を有するため、振動板２と圧電板１の個別電極とがショートするおそれがある。このため、第２１図（Ａ）及び第２１図（Ｂ）の第５の実施例に示すように、圧電体１と振動板２のスリット３の部分を絶縁体１７で被覆する。油性インクやソリッドインクを用いる場合には、この必要がない。
【０１０７】
スリット３のギャップは、広い方が製造し易いが、広すぎると、スリット３を塞いでいる部材７の撓みによる圧力逃げが大きくなり、印加電圧が上昇するとともに、インク噴射に関する固有周波数（ヘルムホルツ周波数）及びヘッドの応答周波数が低下する。このため、この実施例では、スリット幅を、０．５ミクロンとしている。
【０１０８】
第２０図は、印字ヘッドの寸法を説明するためのヘッド詳細断面図であり、表４は、印字ヘッドの寸法とインク噴射性能を示す。
【０１０９】
【表４】
0003903790.tif 000005
第２０図及び表４に示すように、ノズル９の径ｎを、１０μｍ、長さＬ１を、１２μｍとした。圧力室６の幅を、３２．５μｍ、長さＬ２を、４００μｍ、深さｄ１を、７０μｍとした。第１６図（Ａ）に示した各圧力室６の間の圧力室の壁の厚さを、６．８３μｍとした。圧力室６を構成する壁６０の材質は、Ｎｉとし、圧力室のヤング率を、２１９ＧＰａとした。圧電体（ピエゾ）１の幅Ｗは、３２．５μｍであり、厚さは０．４μｍとした。スリット３の幅は、０．５μｍである。振動板２の厚さは、０．３μｍであり、スリット３を覆う絶縁膜１７（第２１図参照）の材質は、エポキシ樹脂であり、厚みは、０．０１μｍである。振動板２と圧電体１の材質は、表１と同様に、Ｃｒ、ＰＺＴとした。
【０１１０】
インクには、水性染料インクを使用し、その粘度は、３．０ｃＰ、表面張力は、０．０３０Ｎ／ｍ、音速は、１５５０ｍ／ｓ、密度は、１０２４ｋｇ／ｍ３である。
【０１１１】
表４に示すように、このヘッドに、９Ｖの印加電圧を加えた結果、粒子体積２．０ｐｌで、粒子飛翔速度８．０ｍ／ｓのインク滴を噴射した。このように、圧電体１の幅を、例えば、３０μｍ程度は狭くしても、充分な体積で速度のインク滴を得ることができる。このため、圧電体１の幅を狭くして、ヘッドの実装密度を高めても、高画質のインクジェット記録が可能となる。
【０１１２】
第２２図（Ａ）及び第２２図（Ｂ）は、本発明の第６の実施例のヘッド拡大図であり、ヘッドの変形例である。第２２図（Ａ）及び第２２図（Ｂ）において、第２１図（Ａ）及び第２１図（Ｂ）で示したものと同一のものは、同一の記号で示してある。
【０１１３】
第２１図の構成に加え、圧力室６と個別インク室１３との間に、第２の圧力室１８と供給口１９とを設けている。供給口１９と、ノズル９とを同一寸法とすることにより、駆動源１、２の上方と下方の音響インピーダンスを略同一とすることができる。このため、圧力室６内のインクの分布定数的な挙動による複雑な過渡現象を極小化できる。これにより、応答速度がより速くなる。従って、動作周波数を高速にできる。
【０１１４】
供給口１９は、ノズル９と同一寸法とし、第２の圧力室１８は、圧力室６と同一寸法とした。その他は、表４の寸法とした場合に、表４と同一のインク噴射性能が得られた。尚、油性インク、ソリッドインクを使用する場合に、絶縁膜１７を削除することができる。
【０１１５】
第２３図（Ａ）及び第２３図（Ｂ）は、本発明の第７の実施例のヘッド拡大図であり、スリット３の位置の変形例を示すものである。第２３図（Ａ）及び第２３図（Ｂ）において、第２１図（Ａ）及び第２１図（Ｂ）で示したものと同一のものは、同一の記号で示してある。
【０１１６】
この実施例では、スリット３が、圧力室６の壁付近に位置している。この実施例では、第３図に示したように、変形量を２倍にすることができる。このため、圧電体１の幅が、第２１図のものの半分で、第２１図のものと、同一の変形量を得ることができる。即ち、ノズルピッチを、２倍の１２００ｄｐｉにすることができる。
【０１１７】
第２１図の実施例が、スリット３の両側が駆動源であるのに対し、本実施例では、スリット３の片側が、固定部であるため、同一のスリット幅では、スリットからの圧力逃げは大きくなる。このため、本実施例では、スリット３の幅を、０．２ミクロンに狭めている。駆動源の体積変位は、第２１図のものと同一であるが、圧力室へのエネルギー伝達効率が低下するため、粒子体積は小さくなる。
【０１１８】
表５は、かかる実施例の印字ヘッドの寸法とインク噴射性能を示す。
【０１１９】
【表５】
0003903790.tif 000006
表５に示すように、ノズル９の径ｎを、５μｍ、長さＬ１を、１２μｍとした。圧力室６の幅を、１６．５μｍ、長さＬ２を、８００μｍ、深さｄ１を、７５μｍとした。各圧力室６の間の圧力室の壁の厚さを、４．６７μｍとした。圧力室６を構成する壁６０の材質は、ＴｉＮとし、圧力室のヤング率を、６００ＧＰａとした。圧電体（ピエゾ）１の幅Ｗは、１６．５μｍであり、厚さは０．４μｍとした。スリット３の幅は、０．２μｍである。振動板２の厚さは、０．３μｍであり、スリット３を覆う絶縁膜１７の材質は、エポキシ樹脂であり、厚みは、０．０１μｍである。振動板２と圧電体１の材質は、表１と同様に、Ｃｒ、ＰＺＴとした。
【０１２０】
インクには、水性染料インクを使用し、その粘度は、３．０ｃＰ、表面張力は、０．０３０Ｎ／ｍ、音速は、１５５０ｍ／ｓ、密度は、１０２４ｋｇ／ｍ３である。
【０１２１】
表５に示すように、このヘッドに、９Ｖの印加電圧を加えた結果、粒子体積１．３ｐｌで、粒子飛翔速度８．０ｍ／ｓのインク滴を噴射した。このように、圧電体１の幅を、例えば、１５μｍ程度に狭くしても、充分な体積で速度のインク滴を得ることができる。このため、１２００ｄｐｉのヘッドを実現することができる。
【０１２２】
尚、所望の変位量を得るためには、前述のように、圧電体の長さ及び圧力室の長さを長くする必要がある。更に、油性インク、ソリッドインクを使用する場合に、絶縁膜１７は削除できる。
【０１２３】
第２４図（Ａ）及び第２４図（Ｂ）は、本発明の第８の実施例のヘッド拡大図であり、第２２図の実施例のスリット３の位置の変形例を示すものである。第２４図（Ａ）及び第２４図（Ｂ）において、第２２図（Ａ）及び第２２図（Ｂ）及び第２３図（Ａ）及び第２３図（Ｂ）で示したものと同一のものは、同一の記号で示してある。
【０１２４】
この実施例では、スリット３が、圧力室６の壁付近に位置しており、第２２図の実施例のように、圧力室６とインク供給室１３との間に、第２の圧力室１８及びインク供給路１９を設けている。この実施例でも、第３図に示したように、変形量を２倍にすることができる。このため、圧電体１の幅が、第２１図のものの半分で、第２１図のものと、同一の変形量を得ることができる。即ち、ノズルピッチを、２倍の１２００ｄｐｉにすることができる。しかも、第２２図で説明したように、応答速度を向上することができる。
【０１２５】
供給口１９は、ノズル９と同一寸法とし、第２の圧力室１８は、圧力室６と同一寸法とした。その他は、表５の寸法とした場合に、表５と同一のインク噴射性能が得られた。更に、油性インク、ソリッドインクを使用する場合に、絶縁膜１７は削除できる。
【０１２６】
・・他のインクジェットヘッドの製造方法・・
前述したように、このヘッドの圧電体１は、０．４μｍ程度と極めて薄いため、スパッタ法で形成するのが、適当である。以下、ヘッドの製造方法を説明する。
【０１２７】
第２５図乃至第２７図は、第１６図乃至第２０図のマルチノズルヘッドの製造過程を示す。
【０１２８】
第２５図（Ａ）に示すように、基板１０１を用意する。基板１０１には、厚さ０．０３ｍｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）単結晶を使用する。これは、例えば、３００〜５００μｍ程度の厚い基板を、Ｓｉ等のウェハーに固定して、研磨等で薄くすることにより、得られる。又、全面エッチングにより、薄い基板を得ても良い。
【０１２９】
次に、第２５図（Ｂ）に示すように、基板１０１上に、電極層（個別電極）１０２を形成する。ついで、第２５図（Ｃ）に示すように、電極層１０２の上に、圧電体層１０３を形成する。更に、第２５図（Ｄ）に示すように、圧電体層１０３の上に、振動板１０４を形成する。これらは、いずれも、薄膜形成技術であるスパッタリング法を用いて、形成される。尚、本実施例では、電極層１０２の材質として、白金（Ｐｔ）を用い、振動板１０４の材質として、Ｃｒを用いている。ここで、端部に、個別電極層を露出するため、又、圧電体層１０３の逃げを形成するため、更に共通電極（振動板）１０４とのショートを防止するため、各層は、段差を付けて形成される。
【０１３０】
この後、第２５図（Ｅ）に示すように、上記積層体を、圧力室に対応する部分に分割し、且つ振動板及び圧電体にスリットを形成するためのミリングパターンを、ドライフィルムレジスト（以下、レジストパターンと記す）１０５により形成する。第２５図（Ｅ）は、スリット部分１０５ａを含むレジストパターン１０５を形成した状態を示しており、前述の電極層１０２と圧電体層１０３と、振動板１０４の残す部分に、レジストパターン１０５を形成している。本実施例では、レジストパターンとして、ＦＲ１３０（東京応化製：アルカリタイプレジスト、３０μｍ厚）を用い、２．５ｋｇｆ／ｃｍ、０．５ｍ／ｓ、１１５°Ｃでラミネートした後、ガラスマスクで、１２０ｍＪの露光を行った。そして、６０°Ｃ、１０分の予備加熱及び室温までの冷却を行った後、１ｗｔ％のＮａ２ＣＯ３溶液での現像を行い、パターンを形成した。
【０１３１】
次に、第２６図（Ａ）に示すように、この基板を銅ホルダーに、熱伝導性の良好なグリスにて固着し、照射角度−５°でＡｒガスのみを用いて、７００Ｖでミリングを行った。その結果、第２６図（Ａ）に示すような形状となり、ミリング部分の深さ方向のテーパー角は、面に対して８５°以上と、ほぼ垂直になった。レジストパターン１０５を除去した状態を、第２６図（Ｂ）に示す。
【０１３２】
第２６図（Ｂ）に示すように、基板１０１上に、分離された複数の駆動体１０６ｂが形成される。この個々の駆動体１０６ｂは、個別電極１０２と、圧電体１０３と、共通電極（振動板）１０４とが積層されて、形成される。又、各駆動体１０６ｂには、中央にスリット１０６ａが形成されている。
【０１３３】
次に、第２６図（Ｃ）に示すように、分割された振動板１０４を、電極１０７で結線し、振動板１０４を共通電極とする。そして、個別電極１０２の結線部を形成するために、前述の段差部分に、絶縁層１０８を形成する。この実施例では、絶縁層１０８に、感光性ポリイミドを用いた。そして、絶縁層１０８の個別電極に対応する部分に、コンタクトホールを形成した。
【０１３４】
次に、第２６図（Ｄ）に示すように、前記各個別電極１０２と、振動板（共通電極）１０４を、外部に接続するため、ＦＰＣ（フレキシブルケーブル）１０９を、各個別電極１０２と、振動板（共通電極）１０４とに接続する。この時、絶縁層１０８の各コンタクトホールに、金（Ａｕ）ボールを乗せ、又はメッキにより、各個別電極１０２の接点を形成しておき、ＦＰＣ１０９の先端を一度に接続する。
【０１３５】
次に、第２６図（Ｅ）に示すように、各個別インク室１２２と共通インク室１２１とが形成されたインク供給部材１２０を用意しておく。このインク供給部材１２０の各個別インク室１２２は、微細であるため、電鋳等で形成される。又、インク供給部材１２０の蓋部分は、ガラスファイバー添加のモールド品を用いた。第２６図（Ｅ）では、電鋳により形成された部分と、モールド部分とを一体で示してある。そして、各個別インク室１２２が、各駆動体１０６ｂのスリット１０６ａに位置するように、位置合わせし、このインク供給部材１２０を、振動板１０４に接着する。
【０１３６】
次に、第２７図（Ａ）に示すように、接合、固定後、ＦＰＣ１０９の接続部と、インク供給部材１２０との空間に、接着・固定剤を注入し、電気接点部及び全体の補強を行う。本実施例では、耐熱性硬化樹脂（エイブルボンド３４２−３）を用いた。耐熱性を有していれば、他の充填材、硬化樹脂を用いても良い。
【０１３７】
第２７図（Ｂ）に示すように、このように、ＦＰＣ１０９の接合部に、充填材１２３を充填し、インク供給部材１２０との隙間を埋め、後工程での接合に耐えうる強度を確保した後、全体を反転し、基板１０１表面を表にする。
【０１３８】
次に、第２７図（Ｃ）に示すように、基板１０１の圧電体変形部に、圧力室を形成するためのエッチングパターンマスク１１５を接着する。このエッチングパターンマスク１１５は、各圧力室部分１１７と、インク通路部分１１６とを有する。本実施例で用いたエッチングパターンマスク１１５は、日東電工製のリバアルファである。前記分割された駆動体１０６ｂを形成するため行ったミリングで、アラインメントマーク（図示せず）も同時に形成している。このアラインメントマークを利用して、エッチングパターンマスク１１５と基板１０１とのアラインメントを行った。基板１０１であるＭｇＯ基板は、透明体なので、容易にアラインメントができる。又、エッチングパターンマスク１１５は、基板１０１のエッチング時に、エッチング液が、ＦＰＣ１０９やインク供給部材１２０に接触しないように、広い面積を有している。
【０１３９】
次に、エッチングは、リン酸８０°Ｃ・８０％溶液を用い、４０分浸すことにより行った。この後、水洗い・乾燥を行い、１７０°Ｃのホットプレート上に、エッチングパターンマスク１１５面が接触するように乗せて、マスク１１５のみを剥離した。第２７図（Ｄ）の剥離後のヘッドに示すように、基板１０１に、分離された圧力室１０１ｂと、インク通路１０１ａとが形成された。
【０１４０】
一方、ノズル板１１８は、上記した工程と別工程により形成される。第２７図（Ｅ）に示すように、ノズル板１１８には、各圧力室に対応したノズル１２５が形成されている。又、圧力室シート１１９には、各圧力室とインク供給路が形成されている。これらは、Ｎｉ電鋳で形成される。基板１０１に、シート１１９と、ノズル板１１８とを接合し、ヘッドを完成する。
【０１４１】
このようにして、スパッタ法を用いて、駆動体を形成するため、薄い駆動体を容易に形成できる。又、ミリングにより、分離された駆動体を形成するため、狭い幅の駆動体を容易に形成できる。更に、ミリングによりスリット３も同時に形成でき、工程も簡単となる。圧力室をエッチングにより形成するため、微小な圧力室を形成することができる。このため、６００ｄｐｉ以上の実装密度の高いマルチヘッドを容易に作成することができる。
【０１４２】
上述の実施例では、モノクロのインクジェットヘッドを例に説明したが、カラーインクジェットヘッドにも適用できる。又、ノズルを圧力室の下に設けているが、圧力室の側面に設けても良い。
【０１４３】
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明の趣旨の範囲内で、種々の変形が可能であり、本発明の範囲から、これらを排除するものではない。
【０１４４】
【産業上の利用可能性】
以上説明したように、本発明は、圧電体１と振動板２とを有し、圧力室に圧力を与えるための駆動体の周囲３辺を固定し、他の１辺を開放したため、圧電体の引っ張り応力を、圧力漏れなく、開放することができる。このため、圧電体の幅が狭くても、インク滴を噴出するために必要な変位及び圧力を得ることができる。これにより、高密度のマルチノズルヘッドを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の駆動体の説明図である。
【図２】本発明を説明するための従来の駆動体の説明図である。
【図３】本発明の他の実施例の駆動体の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施例のインクジェットヘッドの構成図である。
【図５】第４図のヘッドの部分拡大図である。
【図６】第４図のヘッド単体の斜視図である。
【図７】第４図のマルチノズルヘッドの部分斜視図である。
【図８】第４図のマルチノズルヘッドの斜視図である。
【図９】第４図のマルチノズルヘッドの詳細断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例のインクジェットヘッドの部分拡大図である。
【図１１】本発明の第３の実施例のインクジェットヘッドの部分拡大図である。
【図１２】本発明の第１の実施例のインクジェットヘッドの製造工程の説明図（その１）である。
【図１３】本発明の第１の実施例のインクジェットヘッドの製造工程の説明図（その２）である。
【図１４】本発明の第１の実施例のインクジェットヘッドの製造工程の説明図（その３）である。
【図１５】本発明の第１の実施例のインクジェットヘッドの製造工程の説明図（その３）である。
【図１６】本発明の第４の実施例のインクジェットヘッドの構成図である。
【図１７】第１６図のヘッド単体の斜視図である。
【図１８】第１６図のマルチノズルヘッドの部分斜視図である。
【図１９】第１６図のマルチノズルヘッドの斜視図である。
【図２０】第１６図のマルチノズルヘッドの詳細断面図である。
【図２１】本発明の第５の実施例のインクジェットヘッドの部分拡大図である。
【図２２】本発明の第６の実施例のインクジェットヘッドの部分拡大図である。
【図２３】本発明の第７の実施例のインクジェットヘッドの部分拡大図である。
【図２４】本発明の第７の実施例のインクジェットヘッドの部分拡大図である。
【図２５】本発明の第４の実施例のインクジェットヘッドの製造工程の説明図（その１）である。
【図２６】本発明の第４の実施例のインクジェットヘッドの製造工程の説明図（その２）である。
【図２７】本発明の第４の実施例のインクジェットヘッドの製造工程の説明図（その３）である。
【図２８】従来の駆動体構造のインクジェットヘッドの説明図である。
【図２９】従来の片持ち梁構造のインクジェットヘッドの説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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