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
【課題】 振動板の変位量を低下することなく圧電素子の絶縁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。
【解決手段】 ノズル開口に連通する圧力発生室１２と、この圧力発生室１２に対応する領域に振動板を介して設けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００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３００の外周面に絶縁体からなる保護膜１００を有し、且つ該保護膜１００は、前記圧電素子３００の上面の主要部に対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部１００ａを有することにより、圧電体層７０の絶縁破壊が防止され且つ圧電素子の駆動による振動板の変位が阻害されない。
【解決手段】 ノズル開口に連通する圧力発生室１２と、この圧力発生室１２に対応する領域に振動板を介して設けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００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３００の外周面に絶縁体からなる保護膜１００を有し、且つ該保護膜１００は、前記圧電素子３００の上面の主要部に対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部１００ａを有することにより、圧電体層７０の絶縁破壊が防止され且つ圧電素子の駆動による振動板の変位が阻害されない。
【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振動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、圧電素子が軸方向に伸長、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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような薄膜技術及びリソグラフィ法により製造した圧電素子では、圧電素子に電圧を印加して駆動を繰り返すと絶縁破壊が発生するという問題がある。この絶縁破壊は、圧電体層と上電極膜又は下電極膜との境界部分で起こり易く、特に圧力発生室の端部近傍に対向する領域で起こり易い。
【０００８】また、この絶縁破壊の原因として湿度の影響が考えられ、その対策として圧電素子全体を保護膜で覆った構造が提案されているが、この構造では絶縁破壊は防止できるものの圧電素子の駆動による振動板の変位量が低下するという問題がある。
【０００９】本発明はこのような事情に鑑み、振動板の変位量を低下することなく圧電素子の絶縁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。
【００１０】
【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振動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、前記圧電素子の外周面に絶縁体からなる保護膜を有し、且つ該保護膜は、前記圧電素子の上面の主要部に対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜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。
【００１１】かかる第１の態様では、圧電素子が保護膜によって覆われているため圧電体層の絶縁破壊が防止され、且つ圧電素子の上面の主要部に対向する領域の保護膜が、他の領域よりも膜厚が薄い薄膜部となっているため、圧電素子の駆動による振動板の変形が阻害されない。
【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記保護膜は、前記圧力発生室に対向する領域で前記圧電素子の幅方向外側の前記振動板上まで延設され、この領域の膜厚が前記薄膜部よりも膜厚の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。
【００１３】かかる第２の態様では、圧電素子の幅方向外側の振動板、いわゆる振動板の腕部の剛性が増加するため、圧電素子の駆動による振動板の破壊が防止される。
【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記圧電素子はその幅が前記上電極側に向かって徐々に狭くなるようにパターニングされて、当該圧電素子の外周面が傾斜面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。
【００１５】かかる第３の態様では、圧電素子の外周面が傾斜面となっているので、圧電素子の外周面に保護膜を比較的容易に形成することができる。
【００１６】本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記保護膜がスパッタリング法によって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。
【００１７】かかる第４の態様では、圧電素子の外周面に保護膜を比較的容易に形成することができる。
【００１８】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかにおいて、前記保護膜が、酸化膜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。
【００１９】かかる第５の態様では、より確実に圧電体層の絶縁破壊が防止される。
【００２０】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。
【００２１】かかる第６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。
【００２２】本発明の第７の態様は、第１〜６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。
【００２３】かかる第７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。
【００２４】
【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。
【００２５】（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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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２０は、他面で共通インク室３１の一壁面を構成する。
【００３５】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。
【００３６】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。
【００３７】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０．２〜０．５μｍ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０．０２μｍ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弾性膜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。
【００３８】また、詳しくは後述するが、本実施形態では、圧電素子３００の外周面に絶縁体からなる保護膜１００を有し、圧電体層７０の絶縁破壊を防止している。
【００３９】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、圧電素子３００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。なお、図４は、圧力発生室１２の長手方向の断面図であり、図５は、圧力発生室１２の幅方向の断面図である。
【００４０】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。
【００４１】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。
【００４２】次に、図４（ｃ）に示すように、下電極膜６０を所定の形状にパターニングする。すなわち、下電極膜６０を圧力発生室１２の長手方向一端部近傍に対向する領域でパターニングして、各圧力発生室１２毎に、その長手方向一端部近傍から周壁に対向する領域に亘って設けられ、圧電体能動部３２０の上電極膜８０と外部配線とを接続する配線の一部となる配線用下電極膜６１を形成する。
【００４３】次に、図４（ｄ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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（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。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。
【００４４】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。
【００４５】次に、図４（ｅ）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。
【００４６】次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を一括してエッチングして各圧力発生室１２に対向する領域に圧電体能動部３２０のパターニングを行う。このとき、本実施形態では、圧電体能動部３２０の幅が上電極膜８０側に向かって徐々に狭くなるようにパターニングして、圧電体能動部３２０の周面を傾斜させた。
【００４７】次いで、図５（ｂ）に示すように、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、各圧電体能動部３２０の上電極膜８０と配線用下電極６１とを接続するリード電極９０を形成する。
【００４８】次に、図５（ｃ）に示すように、圧電体能動部３２０の表面に、絶縁体からなる保護膜１００を形成する。この保護膜１００は、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ又はＺｒＯ2等の酸化膜あるいは窒化膜で形成することが好ましい。本実施形態では、ＳｉＯ2からなる保護膜１００を、例えば、スパッタリング法等によって全面に１μｍ程度の厚さで形成し、その後、パターニングすることにより所定の形状、本実施形態では、圧電体能動部３２０の上面の主要部に対向する領域に、他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部１００ａを形成する。なお、この薄膜部１００ａのパターニング方法は、特に限定されず、例えば、ハーフエッチング等で所望の薄さに形成すればよい。
【００４９】ここで、本実施形態では、上述のように圧電体能動部３２０の外周面が傾斜面となるように形成したので、保護膜１００を圧電体能動部３２０の外周面にスパッタリング法等によって比較的容易に薄く形成することができる。
【００５０】その後、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。
【００５１】以上説明した一連の膜形成及び異方性エッチングによって、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。
【００５２】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、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。
【００５３】このように形成した本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図を図６R>６に示す。
【００５４】図６に示すように、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、並設された複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に設けられ、圧力発生室１２の長手方向一端部近傍でパターニングされている。また、下電極膜６０の端部の外側には、圧力発生室１２に対向する領域から周壁上に亘って、下電極膜６０とは不連続な配線用下電極膜６１が設けられている。
【００５５】一方、圧電体層７０及び上電極膜８０は、本実施形態では、圧力発生室１２に対向する領域に設けられて圧電体能動部３２０が形成されている。また、圧電体能動部３２０は、上述のように上電極膜８０側ほど幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。また、上電極膜８０は、その長手方向端部近傍でリード電極９０を介して配線用下電極膜６１に接続され、配線用下電極膜６１は図示しないがその一端部が外部配線に接続されて圧電体能動部３２０の配線の一部を構成している。
【００５６】また、圧電素子３００（圧電体能動部３２０）の表面には、絶縁体からなる保護膜１００が設けられ、且つこの保護膜１００の圧電体能動部３２０の上面の主要部を覆う領域は、他の領域の膜厚の膜厚よりも薄い薄膜部１００ａとなっている。なお、薄膜部１００ａの膜厚は、特に限定されないが、圧電体能動部３２０の駆動による振動板の変形を妨げない程度の薄さであればよい。
【００５７】このように、本実施形態では圧電体能動部３２０の外周面に保護膜１００が設けられているため、湿気、水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が上電極膜８０を通して圧電体層７０に浸透し、圧電体層７０を劣化させるのを防止でき、且つ、保護膜１００の圧電体能動部３２０の上面の主要部を覆う領域が、薄膜部１００ａとなっているため、圧電体能動部３２０の駆動による振動板の変形を阻害することがなく、インク吐出特性も良好に保持することができる。
【００５８】さらに、圧電体能動部３２０の外周面に保護膜１００を設けることにより、圧電素子を封止して外気と遮断する封止部材等を設ける必要がなく、ヘッドを簡素化することができ、コストを低減することができる。
【００５９】（実施形態２）図７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断面図である。
【００６０】本実施形態では、図７に示すように、圧電体能動部３２０の外周面に形成されている保護膜１００を、圧電体能動部３２０の駆動を妨げない程度に薄い膜厚を有する薄膜部１００ａとした。また、保護膜１００を圧電体能動部３２０の幅方向両側の振動板上まで延設し、この振動板に対向する領域の保護膜１００を薄膜部１００ａよりも膜厚の厚い厚膜部１００ｂとした以外は、実施形態１と同様である。
【００６１】このような構成では、圧電体能動部３２０の幅方向側の振動板、いわゆる振動板の腕部上の保護膜１００が厚膜部１００ｂとなっているので、振動板の腕部の膜厚が厚くなり剛性が増加する。これにより、圧電体能動部３２０の駆動による変形によって、振動板が破壊されるのを防止することができる。
【００６２】また、圧電体能動部３２０の外周面の保護膜１００が、薄膜部１００ａとなっているので、上述の実施形態と同様に、圧電体能動部３２０の駆動を阻害することがなく、インク吐出特性も良好に保持することができる。
【００６３】なお、本実施形態では、圧電体能動部３２０の外周面上の保護膜１００を全て薄膜部１００ａとしたが、これに限定されず、図８に示すように、少なくとも圧電体能動部３２０の上面の主要部の保護膜１００が薄膜部１００ａとなっていればよい。勿論、このような構成としても同様の効果が得られる。
【００６４】（他の実施形態）以上、本発明の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。
【００６５】例えば、上述の実施形態では、圧電体能動部３２０の側面を傾斜面とした例を説明したが、勿論、側面を傾斜させなくてもよいことはいうまでもない。
【００６６】また、例えば、上述の実施形態では、保護膜１００を各圧電体能動部３２０毎にパターニングするようにしたが、これに限定されず、複数の圧電体能動部３２０に連続的に設けるようにしてもよい。
【００６７】また、例えば、上述した封止板２０の他、共通インク室形成基板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。
【００６８】さらに、上述した実施形態では、ノズル開口１１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。
【００６９】このように構成した実施形態の分解斜視図を図９、その流路の断面を図１０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２０、共通インク室形成基板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。
【００７０】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。
【００７１】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。
【００７２】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。
【００７３】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１１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。
【００７４】図１１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。
【００７５】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。
【００７６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、圧電素子の外周面が絶縁体からなる保護膜によって完全に覆われているため、大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素子の圧電体層の絶縁破壊を防止することができる。
【００７７】また、保護膜の圧電素子の上面主要部に対向する領域に、他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部を設けるようにしたので、圧電素子の駆動による振動板の変形が阻害されることが無く、インク吐出特性を良好に保持することができる。
【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７】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他の例を示す要部断面図である。
【図９】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１０】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１１】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
１２ 圧力発生室
５０ 弾性膜
５５ 絶縁膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体層
８０ 上電極膜
９０ リード電極
１００ 保護膜
３００ 圧電素子
３２０ 圧電体能動部
【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振動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、圧電素子が軸方向に伸長、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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような薄膜技術及びリソグラフィ法により製造した圧電素子では、圧電素子に電圧を印加して駆動を繰り返すと絶縁破壊が発生するという問題がある。この絶縁破壊は、圧電体層と上電極膜又は下電極膜との境界部分で起こり易く、特に圧力発生室の端部近傍に対向する領域で起こり易い。
【０００８】また、この絶縁破壊の原因として湿度の影響が考えられ、その対策として圧電素子全体を保護膜で覆った構造が提案されているが、この構造では絶縁破壊は防止できるものの圧電素子の駆動による振動板の変位量が低下するという問題がある。
【０００９】本発明はこのような事情に鑑み、振動板の変位量を低下することなく圧電素子の絶縁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。
【００１０】
【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振動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、前記圧電素子の外周面に絶縁体からなる保護膜を有し、且つ該保護膜は、前記圧電素子の上面の主要部に対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜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。
【００１１】かかる第１の態様では、圧電素子が保護膜によって覆われているため圧電体層の絶縁破壊が防止され、且つ圧電素子の上面の主要部に対向する領域の保護膜が、他の領域よりも膜厚が薄い薄膜部となっているため、圧電素子の駆動による振動板の変形が阻害されない。
【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記保護膜は、前記圧力発生室に対向する領域で前記圧電素子の幅方向外側の前記振動板上まで延設され、この領域の膜厚が前記薄膜部よりも膜厚の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。
【００１３】かかる第２の態様では、圧電素子の幅方向外側の振動板、いわゆる振動板の腕部の剛性が増加するため、圧電素子の駆動による振動板の破壊が防止される。
【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記圧電素子はその幅が前記上電極側に向かって徐々に狭くなるようにパターニングされて、当該圧電素子の外周面が傾斜面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。
【００１５】かかる第３の態様では、圧電素子の外周面が傾斜面となっているので、圧電素子の外周面に保護膜を比較的容易に形成することができる。
【００１６】本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記保護膜がスパッタリング法によって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。
【００１７】かかる第４の態様では、圧電素子の外周面に保護膜を比較的容易に形成することができる。
【００１８】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかにおいて、前記保護膜が、酸化膜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。
【００１９】かかる第５の態様では、より確実に圧電体層の絶縁破壊が防止される。
【００２０】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。
【００２１】かかる第６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。
【００２２】本発明の第７の態様は、第１〜６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。
【００２３】かかる第７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。
【００２４】
【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。
【００２５】（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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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２０は、他面で共通インク室３１の一壁面を構成する。
【００３５】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。
【００３６】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。
【００３７】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０．２〜０．５μｍ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０．０２μｍ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弾性膜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。
【００３８】また、詳しくは後述するが、本実施形態では、圧電素子３００の外周面に絶縁体からなる保護膜１００を有し、圧電体層７０の絶縁破壊を防止している。
【００３９】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、圧電素子３００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。なお、図４は、圧力発生室１２の長手方向の断面図であり、図５は、圧力発生室１２の幅方向の断面図である。
【００４０】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。
【００４１】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。
【００４２】次に、図４（ｃ）に示すように、下電極膜６０を所定の形状にパターニングする。すなわち、下電極膜６０を圧力発生室１２の長手方向一端部近傍に対向する領域でパターニングして、各圧力発生室１２毎に、その長手方向一端部近傍から周壁に対向する領域に亘って設けられ、圧電体能動部３２０の上電極膜８０と外部配線とを接続する配線の一部となる配線用下電極膜６１を形成する。
【００４３】次に、図４（ｄ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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（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。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。
【００４４】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。
【００４５】次に、図４（ｅ）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。
【００４６】次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を一括してエッチングして各圧力発生室１２に対向する領域に圧電体能動部３２０のパターニングを行う。このとき、本実施形態では、圧電体能動部３２０の幅が上電極膜８０側に向かって徐々に狭くなるようにパターニングして、圧電体能動部３２０の周面を傾斜させた。
【００４７】次いで、図５（ｂ）に示すように、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、各圧電体能動部３２０の上電極膜８０と配線用下電極６１とを接続するリード電極９０を形成する。
【００４８】次に、図５（ｃ）に示すように、圧電体能動部３２０の表面に、絶縁体からなる保護膜１００を形成する。この保護膜１００は、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ又はＺｒＯ2等の酸化膜あるいは窒化膜で形成することが好ましい。本実施形態では、ＳｉＯ2からなる保護膜１００を、例えば、スパッタリング法等によって全面に１μｍ程度の厚さで形成し、その後、パターニングすることにより所定の形状、本実施形態では、圧電体能動部３２０の上面の主要部に対向する領域に、他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部１００ａを形成する。なお、この薄膜部１００ａのパターニング方法は、特に限定されず、例えば、ハーフエッチング等で所望の薄さに形成すればよい。
【００４９】ここで、本実施形態では、上述のように圧電体能動部３２０の外周面が傾斜面となるように形成したので、保護膜１００を圧電体能動部３２０の外周面にスパッタリング法等によって比較的容易に薄く形成することができる。
【００５０】その後、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。
【００５１】以上説明した一連の膜形成及び異方性エッチングによって、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。
【００５２】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、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。
【００５３】このように形成した本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図を図６R>６に示す。
【００５４】図６に示すように、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、並設された複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に設けられ、圧力発生室１２の長手方向一端部近傍でパターニングされている。また、下電極膜６０の端部の外側には、圧力発生室１２に対向する領域から周壁上に亘って、下電極膜６０とは不連続な配線用下電極膜６１が設けられている。
【００５５】一方、圧電体層７０及び上電極膜８０は、本実施形態では、圧力発生室１２に対向する領域に設けられて圧電体能動部３２０が形成されている。また、圧電体能動部３２０は、上述のように上電極膜８０側ほど幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。また、上電極膜８０は、その長手方向端部近傍でリード電極９０を介して配線用下電極膜６１に接続され、配線用下電極膜６１は図示しないがその一端部が外部配線に接続されて圧電体能動部３２０の配線の一部を構成している。
【００５６】また、圧電素子３００（圧電体能動部３２０）の表面には、絶縁体からなる保護膜１００が設けられ、且つこの保護膜１００の圧電体能動部３２０の上面の主要部を覆う領域は、他の領域の膜厚の膜厚よりも薄い薄膜部１００ａとなっている。なお、薄膜部１００ａの膜厚は、特に限定されないが、圧電体能動部３２０の駆動による振動板の変形を妨げない程度の薄さであればよい。
【００５７】このように、本実施形態では圧電体能動部３２０の外周面に保護膜１００が設けられているため、湿気、水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が上電極膜８０を通して圧電体層７０に浸透し、圧電体層７０を劣化させるのを防止でき、且つ、保護膜１００の圧電体能動部３２０の上面の主要部を覆う領域が、薄膜部１００ａとなっているため、圧電体能動部３２０の駆動による振動板の変形を阻害することがなく、インク吐出特性も良好に保持することができる。
【００５８】さらに、圧電体能動部３２０の外周面に保護膜１００を設けることにより、圧電素子を封止して外気と遮断する封止部材等を設ける必要がなく、ヘッドを簡素化することができ、コストを低減することができる。
【００５９】（実施形態２）図７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断面図である。
【００６０】本実施形態では、図７に示すように、圧電体能動部３２０の外周面に形成されている保護膜１００を、圧電体能動部３２０の駆動を妨げない程度に薄い膜厚を有する薄膜部１００ａとした。また、保護膜１００を圧電体能動部３２０の幅方向両側の振動板上まで延設し、この振動板に対向する領域の保護膜１００を薄膜部１００ａよりも膜厚の厚い厚膜部１００ｂとした以外は、実施形態１と同様である。
【００６１】このような構成では、圧電体能動部３２０の幅方向側の振動板、いわゆる振動板の腕部上の保護膜１００が厚膜部１００ｂとなっているので、振動板の腕部の膜厚が厚くなり剛性が増加する。これにより、圧電体能動部３２０の駆動による変形によって、振動板が破壊されるのを防止することができる。
【００６２】また、圧電体能動部３２０の外周面の保護膜１００が、薄膜部１００ａとなっているので、上述の実施形態と同様に、圧電体能動部３２０の駆動を阻害することがなく、インク吐出特性も良好に保持することができる。
【００６３】なお、本実施形態では、圧電体能動部３２０の外周面上の保護膜１００を全て薄膜部１００ａとしたが、これに限定されず、図８に示すように、少なくとも圧電体能動部３２０の上面の主要部の保護膜１００が薄膜部１００ａとなっていればよい。勿論、このような構成としても同様の効果が得られる。
【００６４】（他の実施形態）以上、本発明の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。
【００６５】例えば、上述の実施形態では、圧電体能動部３２０の側面を傾斜面とした例を説明したが、勿論、側面を傾斜させなくてもよいことはいうまでもない。
【００６６】また、例えば、上述の実施形態では、保護膜１００を各圧電体能動部３２０毎にパターニングするようにしたが、これに限定されず、複数の圧電体能動部３２０に連続的に設けるようにしてもよい。
【００６７】また、例えば、上述した封止板２０の他、共通インク室形成基板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。
【００６８】さらに、上述した実施形態では、ノズル開口１１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。
【００６９】このように構成した実施形態の分解斜視図を図９、その流路の断面を図１０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２０、共通インク室形成基板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。
【００７０】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。
【００７１】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。
【００７２】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。
【００７３】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１１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。
【００７４】図１１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。
【００７５】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。
【００７６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、圧電素子の外周面が絶縁体からなる保護膜によって完全に覆われているため、大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素子の圧電体層の絶縁破壊を防止することができる。
【００７７】また、保護膜の圧電素子の上面主要部に対向する領域に、他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部を設けるようにしたので、圧電素子の駆動による振動板の変形が阻害されることが無く、インク吐出特性を良好に保持することができる。
【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７】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他の例を示す要部断面図である。
【図９】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１０】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１１】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
１２ 圧力発生室
５０ 弾性膜
５５ 絶縁膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体層
８０ 上電極膜
９０ リード電極
１００ 保護膜
３００ 圧電素子
３２０ 圧電体能動部
【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振動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、前記圧電素子の外周面に絶縁体からなる保護膜を有し、且つ該保護膜は、前記圧電素子の上面の主要部に対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜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】 請求項１において、前記保護膜は、前記圧力発生室に対向する領域で前記圧電素子の幅方向外側の前記振動板上まで延設され、この領域の膜厚が前記薄膜部よりも膜厚の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３】 請求項１又は２において、前記圧電素子はその幅が前記上電極側に向かって徐々に狭くなるようにパターニングされて、当該圧電素子の外周面が傾斜面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３において、前記保護膜がスパッタリング法によって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、前記保護膜が、酸化膜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７】 請求項１〜６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振動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、前記圧電素子の外周面に絶縁体からなる保護膜を有し、且つ該保護膜は、前記圧電素子の上面の主要部に対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜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】 請求項１において、前記保護膜は、前記圧力発生室に対向する領域で前記圧電素子の幅方向外側の前記振動板上まで延設され、この領域の膜厚が前記薄膜部よりも膜厚の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３】 請求項１又は２において、前記圧電素子はその幅が前記上電極側に向かって徐々に狭くなるようにパターニングされて、当該圧電素子の外周面が傾斜面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３において、前記保護膜がスパッタリング法によって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、前記保護膜が、酸化膜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７】 請求項１〜６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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１１】
【公開番号】特開２００１−２６０３５７（Ｐ２００１−２６０３５７Ａ）
【公開日】平成１３年９月２５日（２００１．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−７９００８（Ｐ２０００−７９００８）
【出願日】平成１２年３月２１日（２０００．３．２１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年９月２５日（２００１．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年３月２１日（２０００．３．２１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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