WO1999004976A1 - Ink jet recording head and ink jet recorder - Google Patents

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Yoshinao Miyata
Tetsushi Takahashi
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Definitions

  • an ink-jet device that forms a piezoelectric element via a vibrating plate in a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging an ink drop, and discharges an ink drop by displacement of the piezoelectric element.
  • the present invention relates to a self-recording head and an ink jet recording apparatus. Background art
  • a part of the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening for discharging the ink droplet is constituted by a vibrating plate, and the vibrating plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generating chamber to discharge the ink droplet from the nozzle opening.
  • the ink jet recording head to be used is composed of a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and a flexural vibration mode piezoelectric actuator. The types have been put to practical use.
  • the volume of the pressure generating chamber can be changed by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the diaphragm, and a head suitable for high-density printing can be manufactured.
  • the manufacturing process is complicated because it is necessary to perform a difficult process of cutting the comb into the shape of a comb in accordance with the arrangement pitch of the openings, and a work of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber. .
  • a piezoelectric element can be formed on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of a piezoelectric material in accordance with the shape of the pressure generating chamber and firing the green sheet, but the deflection is achieved. Due to the use of vibration, a certain area is required, and there is a problem that high-density arrangement is difficult.
  • JP-A-5-286131 a uniform piezoelectric film is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm.
  • a proposal has been made in which a material layer is formed, the piezoelectric material layer is cut into a shape corresponding to the pressure generation chamber by lithography, and a piezoelectric element is formed so as to be independent for each pressure generation chamber.
  • the work of attaching the piezoelectric element to the diaphragm is not required, and the piezoelectric element can be manufactured by a precise and simple method called lithography. Therefore, there is an advantage that the thickness of the piezoelectric element can be reduced and high-speed driving can be performed. Also, in this case, the piezoelectric element corresponding to each pressure generating chamber can be driven by providing the piezoelectric material layer at least on each of the pressure generating chambers while providing the piezoelectric material layer on the entire surface of the diaphragm.
  • the piezoelectric element corresponding to each pressure generating chamber is generally covered with an insulating layer, and the insulating layer is A window (hereinafter referred to as a contact hole) for forming a connection portion with a lead for supplying a voltage for driving each piezoelectric element is provided for each pressure generating chamber, and each piezoelectric element and the lead s @ A structure has been proposed in which the connection portion is formed in a contact hole.
  • this structure has a problem in that stress is concentrated near the contact hole and breakage or the like is likely to occur.
  • the present invention prevents an ink jet recording head capable of preventing peeling and cracking near the peripheral wall of a pressure generating chamber of a piezoelectric element, cracking of a diaphragm, and the like, and ensuring durability.
  • Another object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus. Disclosure of the invention
  • a diaphragm forming a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle hole, and a piezoelectric element formed on the diaphragm are provided.
  • a vibration restricting portion for partially restricting vibration of at least a part of the diaphragm is provided by the pressure.
  • the ink jet type expression 3 ⁇ head is provided near the boundary between the generation chamber and the peripheral wall.
  • the vibration of the diaphragm in the vicinity of a portion where cracks or the like are likely to occur is partially regulated by the vibration regulating portion without extremely reducing the entire excluded volume, so that cracks and peeling are prevented. Is prevented.
  • the vibration plate is provided on at least a portion along the edge of the pressure generating chamber on both sides in the width direction of the piezoelectric body active portion, and on the piezoelectric body active portion.
  • An ink jet recording head characterized in that it has a thin portion which is thinner than the thickness of the corresponding portion.
  • the occurrence of cracks or the like due to an increase in the amount of displacement due to the thin portion is prevented by the vibration regulating portion.
  • a third aspect of the present invention is the ink jet recording apparatus according to the first or second aspect, wherein the vibration restricting portion is provided on an outer side in a longitudinal direction and on both sides of an end of the piezoelectric active portion. In the head.
  • the vibration of the end portion of the piezoelectric body active portion is regulated, and cracking and peeling at the end portion are prevented.
  • the vibration restricting portion is provided on a longitudinally outer side of an end of the piezoelectric body active portion, and the diaphragms on both sides of the vibration restricting portion are thin-walled.
  • the ink jet recording head is characterized in that it is a part.
  • the vibration of the end portion of the piezoelectric active portion is regulated, and the crack and peeling at the end portion are prevented.
  • a fifth aspect of the present invention is the inkjet recording method according to the first or second aspect, wherein the vibration restricting portion is provided on a part of both sides in the width direction of the piezoelectric active portion. In the head. In the fifth aspect, the vibration is restricted at a part of the central portion of the piezoelectric body active portion, and cracking and peeling at the end portion are prevented.
  • the knitting vibration restricting portion is a thick portion in which the thickness of the diaphragm is thicker than the thin portion. It is in the Et-style ⁇ Head.
  • the vibration of the piezoelectric actuator is partially restricted by providing the partial thick portion.
  • the knitting-vibration restricting section has another layer that restricts vibration of the vibration restricting section. In the head.
  • the vibration of the piezoelectric actuator is partially regulated by providing another layer partially.
  • the vibration restricting portion includes an inactive portion having an inactive piezoelectric layer on the diaphragm. It is in the ink jet record head.
  • the vibration of the piezoelectric element is partially regulated by providing the partially inactive piezoelectric layer.
  • the inactive portion is formed by removing an upper electrode on a piezoelectric layer constituting the piezoelectric element or via an insulating layer on the piezoelectric layer.
  • m @@ is located on the ink jet recording head, which is assumed to be the portion provided.
  • the vibration of the piezoelectric actuator is partially restricted by removing the upper electrode or providing the upper electrode via an insulating layer.
  • a self-vibration restricting portion is provided on at least a part of an inner edge of a boundary between the pressure generating chamber and a peripheral wall thereof, and the entire film thickness is Is a thick film portion which is thicker than the entire film thickness around the piezoelectric active portion.
  • the thick film portion prevents the diaphragm from being broken or the like, and realizes an ink jet recording head that achieves both improved displacement efficiency and improved reliability.
  • An eleventh aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the tenth aspect, wherein the thick film portion is provided on both sides in the width direction of the piezoelectric active portion. .
  • the strength of the arm portions on both sides of the diaphragm is improved by the thick film portion.
  • an inner edge of the thick film portion provided at a corner of the pressure generating chamber has a curved shape.
  • the occurrence of cracks and the like in the vibrating plate near the inner edge is suppressed by eliminating the corners of the inner edge having a thickness of 3 mm.
  • the thick film portion comprises the vibration plate, the piezoelectric layer, and the upper electrode.
  • the ceremony record head In the ceremony record head.
  • the strength of the diaphragm is improved by the diaphragm, the piezoelectric layer, and the upper electrode.
  • a fifteenth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the tenth to twenty-second aspects, wherein the thick film portion comprises the diaphragm and another layer. .
  • the diaphragm and the other layers improve the strength of the diaphragm.
  • a fifteenth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the tenth to the eleventh aspects, wherein the thick portion is formed of a self-vibrating plate.
  • the fifteenth aspect in the structure in which the arm portion is thinned, durability is improved by not thinning the inside of the boundary with the peripheral wall.
  • the periphery of the active portion of the piezoelectric body is substantially composed of the diaphragm. In the head.
  • the durability of the diaphragm is improved by using only the diaphragm for the arm portion and forming a thicker film inside the boundary with the peripheral wall.
  • the periphery of the piezoelectric active portion is substantially a thinner diaphragm of the diaphragm. Ink jet expression words are in the head.
  • the displacement efficiency of the piezoelectric active portion is improved by thinning the diaphragm of the arm portion, but the inside of the boundary portion with the peripheral wall is prevented from being broken by the thick film portion. .
  • An eighteenth aspect of the present invention is the method according to the seventeenth aspect, characterized in that the vibrating plate comprises an elastic film and a lower part, and that the periphery of the piezoelectric active portion comprises only the elastic film. Inkjet ceremony to be found in the head.
  • the displacement efficiency of the piezoelectric body active portion is improved by using only the elastic film for the arm portion.
  • at least the lower electrode is left inside the boundary with the peripheral wall. The durability is improved.
  • the vibration restricting portion is a part of an arm portion along an edge of the pressure generating chamber on both sides in the width direction of the piezoelectric active portion.
  • the ink jet recording head is provided with a head, and the vibration of the diaphragm is regulated by gradually changing the arm of the arm.
  • the displacement of the arm portion is regulated by the vibration regulating portion having an enormous thickness, the closer to the vibration regulating portion, the more destruction near the vibration regulating portion is prevented.
  • the vibration restricting portion is a part of an arm portion along an edge of the pressure generating chamber on both sides in the width direction of the piezoelectric active portion.
  • the ink jet type head is provided with an arm, and the vibration of the diaphragm is regulated by gradually changing the width of the arm.
  • the displacement of the arm portion is regulated by the vibration regulating portion having a gradually decreasing width as the arm is closer to the vibration regulating portion, and destruction near the vibration regulating portion is prevented.
  • the vibration restricting portion is a part of an arm portion along an edge of the pressure generating chamber on both sides in the width direction of the piezoelectric active portion.
  • the width of the arm is gradually changed while the width of the arm is gradually changed so as to regulate the vibration of the diaphragm.
  • the vibration regulating section in which the film thickness gradually increases and the width gradually decreases. The displacement of the arm portion is regulated toward the end of the pressure generating chamber, and destruction near the end of the pressure generating chamber is prevented.
  • the width of the arm portion is set such that the width of the arm portion is from the width direction end of the piezoelectric active portion, and the width of the piezoelectric active portion adjacent to the piezoelectric active portion is changed.
  • the distance between the arm portion and the thick film portion where iP is larger than the arm portion is provided.
  • the width of the vibration restricting portion can be changed by changing the width between the piezoelectric active portion and the thick Ji portion.
  • the vibration plate comprises an elastic film and a lower electrode provided on the elastic film, and the arm portion is essentially
  • the inkjet recording head according to the present invention comprises the elastic film and the lower electrode, and the change in the thickness of the vibration restricting portion is a change in expansion of the piezoelectric layer.
  • the twenty-third aspect by gradually increasing the JJiP of the piezoelectric film, a vibration regulating portion whose displacement is regulated toward the end is formed.
  • the vibrating plate comprises the elastic film and a lower part provided on the elastic film, and the arm portion is essentially Specifically, the vibration regulating portion is made of only the elastic film, and the vibration regulating portion further includes the lower electrode, and the vibration regulating portion is characterized by a film thickness varying of the lower electrode. You can find it in the inkjet style head.
  • the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric active part are configured such that the pressure is higher than the pressure end from the longitudinal end of the piezoelectric active part.
  • An ink jet type wherein the connection portion is formed by being continuously provided up to a region facing the peripheral wall of the generation chamber; and wherein the vibration regulating portion is provided at least in the vicinity of the connection portion of the pressure generation chamber. In the head.
  • the displacement in the vicinity of the connecting portion is restricted by the vibration restricting portion, and destruction in the vicinity of the connecting portion is prevented.
  • the connecting portion is configured to generate the pressure.
  • the ink jet recording head is provided at a longitudinal end of the chamber.
  • the vibration restricting portion prevents the pressure generating chamber from breaking near the longitudinal end.
  • the piezoelectric active part is provided in a region facing the pressure generating chamber away from a peripheral wall thereof, and A contact portion serving as a connection portion between the lead portion for applying a voltage to the piezoelectric body active portion and the piezoelectric body active portion in a region opposed to the chamber;
  • the ink jet type wet head is provided at least in the vicinity of the self contact portion of the pressure generating chamber.
  • the contact portion is provided near a longitudinal end of the pressure generating chamber. In the country.
  • the vibration restricting portion prevents the end of the pressure generating chamber near the contact portion from being broken.
  • an insulator layer is formed on an upper surface of the piezoelectric active portion, and the contact portion is a contact hole formed in the insulator layer.
  • An ink jet recording head characterized by being formed in the inside.
  • the vibration restricting portion prevents breakage near the contact hole.
  • the piezoelectric layer and the upper electrode constituting the piezoelectric active part are configured such that the pressure generation occurs from a longitudinal end of the piezoelectric active part.
  • the vibration control portion is provided continuously up to a region facing the peripheral wall of the chamber to form a connecting portion, and the vibration restricting portion is provided on at least a longitudinal end of the pressure generating chamber on a side where the connecting portion is provided.
  • An ink jet recording head characterized in that it is a vibration regulation layer laminated on at least a nearby active part of the precursor to regulate the vibration of the diaphragm. In the country.
  • the vibration of the vibration plate at the end portion or the connection portion of the piezoelectric active portion is restricted, and peeling and cracking of the piezoelectric active portion and cracking of the diaphragm are prevented.
  • the insulating layer laminated so as to cover at least the vicinity of the end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber constitutes the vibration regulating layer. Ink jet expression head.
  • the insulating layer prevents peeling and cracking of the piezoelectric active portion near the longitudinal end of the pressure generating chamber and cracking of the diaphragm.
  • a layer provided on at least the coupling part of the piezoelectric active part constitutes the vibration regulating layer.
  • Inkjet ceremony words are on the head.
  • the ink jet recording method according to the thirty-second aspect, wherein the vibration regulating layer is formed by making the thickness of the upper electrode larger than other portions.
  • the vibration is regulated by making the SUP of the third embodiment larger than the other portions, and peeling and cracking of the piezoelectric active portion and cracking of the diaphragm are prevented.
  • the connecting portion may be configured such that both the piezoelectric layer and the upper electrode are narrower than a main portion of the piezoelectric active portion.
  • An ink jet recording head characterized in that the recording head is formed in the ink jet recording head. According to the thirty-fourth aspect, the stress at the connecting portion is reduced, and breakage such as a crack is prevented.
  • the connecting part is such that only the upper electrode is formed narrower than a main part of the piezoelectric active part.
  • an inkjet expression head characterized by the following.
  • a thirty-sixth aspect of the present invention is the connector according to any one of the thirty-fifth to thirty-fifth aspects, wherein the connection part connects the lead for applying a voltage to the piezoelectric body active part and the upper m3 ⁇ 4. Is provided in a portion facing the peripheral wall of the pressure generating chamber.
  • the pressure generation chamber is formed on a silicon single crystal substrate by anisotropic etching, and each layer of the piezoelectric element is formed by lithography.
  • An inkjet-type word is characterized by being formed by law.
  • a large number of ink jet recording heads having high-density nozzle openings can be relatively easily formed.
  • a thirty-eighth aspect of the present invention is an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to thirty-seventh aspects.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention, showing the ink jet recording head.
  • FIG. 3 is a view showing a modification of the sealing plate of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a thin film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a thin-film manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view of a main part of the inkjet recording head according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a step of forming an insulator layer according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention. is there.
  • FIG. 9 is a plan view and a cross-sectional view of main parts of an ink jet recording head according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view and a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view and a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view of a main part of an inkjet recording head according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view and a sectional view of a main part of an inkjet recording head according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 14 is a plan view and a sectional view of a main part of an inkjet recording head according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a plan view of a main part of an inkjet recording head according to Embodiment 9 of the present invention.
  • FIG. 16 is a plan view of a main part of an inkjet recording head according to Embodiment 10 of the present invention.
  • FIG. 17 is a plan view and a sectional view of a main part of an inkjet recording head according to Embodiment 11 of the present invention.
  • FIG. 18 is a plan view of relevant parts for explaining a thin-film manufacturing pattern according to Embodiment 11 of the present invention.
  • FIG. 19 is a plan view of relevant parts explaining another thin-film production pattern of Embodiment 11 of the present invention.
  • FIG. 20 is a plan view of a main part of an inkjet recording head according to Embodiment 12 of the present invention.
  • FIG. 21 is a plan view and a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 13 of the present invention.
  • FIG. 22 is a plan view and a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 14 of the present invention.
  • FIG. 23 is a plan view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 15 of the present invention.
  • FIG. 24 is a plan view and a sectional view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 16 of the present invention.
  • FIG. 25 is a plan view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 17 of the present invention.
  • FIG. 26 is a plan view of a main part of an inkjet recording head according to Embodiment 18 of the present invention.
  • FIG. 27 is a plan view of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 19 of the present invention.
  • FIG. 28 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view showing an ink jet recording head according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a schematic diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an inkjet recording head according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional structure of one of the pressure generating chambers in a longitudinal direction.
  • the flow path type 5-plate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in the present embodiment.
  • the channel forming fiber 10 one having a thickness of about 150 to 300 m is usually used, preferably about 180 to 280 m, more preferably about 220 / A thickness of about / m is preferred. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition wall between the adjacent pressure generating chambers.
  • One surface of the forming substrate 10 is an opening surface, and the other surface is An elastic film 50 having a thickness of l to 2 / m is formed from the formed silicon dioxide.
  • nozzle openings 11 and pressure generating chambers 12 are formed on the opening surface of the flow path forming substrate 10 by anisotropically etching a silicon single crystal substrate.
  • the anisotropic etching when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the substrate is gradually eroded and the first (111) plane perpendicular to the (110) plane and the first (111) A second (111) plane that forms an angle of about 70 degrees with the (110) plane and forms an angle of about 35 degrees with the (110) plane appears, and the (111) plane is compared with the etching rate of the (110) plane. This is done by utilizing the property that the etching rate of the surface is about 1/180.
  • anisotropic etching it is possible to perform precision processing based on the depth processing of a parallelogram formed by two first (111) planes and two oblique second (111) planes.
  • the pressure generating chambers 12 can be arranged at high density.
  • each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane, and the short side is formed by the second (111) plane.
  • the pressure generating chamber 12 is formed by substantially etching through the flow path forming substrate 10 and reaching the elastic film 50.
  • the amount of the elastic film 50 that is attacked by the alkaline solution for etching the silicon single crystal substrate is extremely small.
  • each nozzle opening 11 communicating with one end of each pressure generating chamber 12 is formed narrower and shallower than the pressure generating chamber 12. That is, the nozzle opening 11 is formed by partially etching (half-etching) the silicon single crystal substrate in the thickness direction. Half etching is performed by adjusting the etching time.
  • the size of the pressure generating chamber 12 for applying the ink droplet ejection pressure to the ink and the size of the nozzle opening 11 for ejecting the ink droplet depend on the amount of the ink droplet to be ejected, the ejection speed, and the ejection frequency. Optimized. For example, when recording 360 ink droplets per inch, the nozzle opening 11 needs to be formed with a groove width of several tens of meters with high accuracy.
  • each pressure generating chamber 12 and a common ink chamber 31 described later are connected to a sealing plate 2 described later.
  • the ink supply passage 21 is formed at a position corresponding to one end of each of the pressure generation chambers 1 and 2 and ink is communicated through the ink supply passage 21 and ink is supplied through the ink supply passage 21. 3 is supplied from 1 and distributed to each pressure generating chamber 12.
  • the sealing plate 20 is provided with an ink supply communication port 21 corresponding to each of the pressure generating chambers 12 described above, and has a thickness of, for example, 0.1 to 1 mm and a linear expansion coefficient of 300. ° or less in C, and if e example 2. 5 ⁇ 4. 5 [X 1 0 one 6 /. C].
  • the ink supply communication port 21 is also provided with one slit hole 21A crossing the vicinity of the ink supply side end of each pressure generating chamber 12. Alternatively, a plurality of slit holes 21B may be provided.
  • the sealing layer 20 entirely covers one surface of the flow path forming substrate 10 on one surface, and also serves as a reinforcing plate for protecting the silicon single crystal substrate from impact and external force. Further, the sealing plate 20 forms one wall surface of the common ink chamber 31 on the other surface.
  • the common ink chamber formation counterpart 30 forms the peripheral wall of the common ink chamber 31 and is formed by punching a stainless steel plate having an appropriate thickness according to the number of nozzles and the ink droplet ejection frequency. is there.
  • the thickness of the common ink chamber forming substrate 30 is 0.2 mm.
  • the ink chamber side plate 40 is made of a stainless steel substrate, and one surface of the ink chamber side plate 40 constitutes one wall surface of the common ink chamber 31.
  • the ink chamber side plate 40 has a thin wall 41 formed by forming a concave portion 40a by half etching on a part of the other surface, and further receives ink supplied from outside.
  • the inlet 42 is stamped and formed.
  • the thin wall 41 absorbs the pressure generated at the time of discharging the ink droplet toward the side opposite to the nozzle opening 11, and the other pressure generating chamber 12 is provided with the common ink chamber 3 1.
  • the ink chamber side plate 40 is set to 0.2 mm and a part thereof is set to a thickness of 0.0 in consideration of rigidity required when the ink inlet 42 is connected to an external ink supply unit.
  • the thickness of the thin wall 41 is 2 mm, the thickness of the ink chamber side plate 40 may be set to 0.02 mm from the beginning in order to omit the formation of the thin wall 41 by half etching.
  • the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric body 70, and the upper electrode film 80.
  • one of the electrodes of the piezoelectric element 300 is set to a common electrode S, and the other ⁇ and the piezoelectric film 70 are patterned for each of the pressure generating chambers 12.
  • a portion composed of either one of the electrodes and the piezoelectric film 70 subjected to the patterning and in which a piezoelectric strain is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320.
  • the lower electric shelf 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300 and the upper electrode 80 is an individual m ⁇ of the piezoelectric element 300, but this is reversed for convenience of the drive circuit and wiring. There is no problem.
  • the piezoelectric active portion is formed for each pressure generating chamber.
  • the piezoelectric element 300 and a vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.
  • the elastic film 50 and the lower film 60 function as a diaphragm, but the lower electrode may also serve as the elastic film.
  • the insulator layer 90 is made of a material that can be formed by a film forming method or shaped by etching, for example, silicon oxide, silicon nitride, or an organic material, preferably a photosensitive material having low rigidity and excellent electrical insulation. It is preferably formed of polyimide.
  • Part of the portion of the insulator layer 90 that covers the upper surface of the portion corresponding to one end of each upper electrode film 80 is a part of the upper electric shelf 80 for connection with a lead ms i 00 described later.
  • a contact hole 90a exposing the contact hole is formed.
  • One end is connected to each upper film 80 via the contact hole 900a, and the other end is formed with a lead electrode 100 extending to the connection terminal portion.
  • the lead electrode loo is formed so as to have a width as narrow as possible so as to reliably supply a drive signal to the upper film 80.
  • a wafer of a silicon single crystal substrate serving as the flow path forming substrate 10 is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 110 ° C. Elastic membrane Form 50.
  • a lower electrode film 60 is formed by sputtering.
  • Pt or the like is suitable as the lower material.
  • a piezoelectric film 70 described later which is formed by a sputtering method or a sol-gel method, is fired at a temperature of about 600 to 100 ° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere after a long time. It is necessary to crystallize. That is, the material of the lower electrode film 60 must be able to maintain conductivity at such a high temperature and in an oxidizing atmosphere.
  • PZT is used as the piezoelectric film 70
  • PbO it is desirable that there is little change in conductivity due to diffusion of Pt. For these reasons, Pt is preferable.
  • a piezoelectric film 70 is formed.
  • a so-called sol in which a metal organic substance is dissolved and dispersed in a solvent is applied, dried and gelled, and then baked at a high temperature.
  • a so-called sol-gel method is used to obtain a piezoelectric film 70 made of a metal oxide.
  • a lead zirconate titanate (PZT) -based material is suitable when used for an ink jet recording head.
  • the upper electrode film 80 is formed.
  • the upper electrode 80 may be a material having high conductivity, and can use many metals such as Al, Au, Ni, and Pt, and a conductive oxide. In the present embodiment, Pt is increased by sputtering.
  • the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode ring 80 are patterned.
  • each pressure generating chamber 12 in FIG. 5, the pressure generating chamber 12 is not formed but is indicated by a broken line) and opposes both sides in the width direction.
  • the lower electrode film 60 is formed by removing the lower electrode film 60 corresponding to the arm of the vibrating plate on both sides of the piezoelectric active portion 320 as a region.
  • the entire pattern of the lower ⁇ 60 is formed, then the piezoelectric active portion 320 is patterned, and finally, the lower electrode film removing portion 350 is patterned. Then, the evening is completed.
  • FIG. 6 shows a planar positional relationship between the piezoelectric active portion 320 and the lower electrode film removing portion 350 thus formed.
  • the piezoelectric active portion 320 composed of the piezoelectric film 70 and the upper electrode 80 is provided in a region facing the pressure generating chamber 12, and
  • the ridge portion 350 is provided adjacent to both sides of the piezoelectric active portion 320 in the width direction.
  • the portion where the lower S3 ⁇ 4 film removing portion 350 is provided is a portion called a so-called arm portion of the diaphragm, and is a portion facing the vicinity of the edge along the width direction both sides of the pressure generating chamber 12.
  • the lower electrode films 60 on both sides of the piezoelectric active portion 320 have been removed.
  • the lower electrode film removing portion 350 is formed except for portions adjacent to both ends of the piezoelectric active portion 320. Therefore, in the region opposed to both ends in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12, as shown in the cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. On both sides in the direction and on the outside in the longitudinal direction, there is a lower force of 60 s, which becomes a thick film portion 360 of a relatively thick film, and a vibration regulation that partially regulates the vibration of the diaphragm. Department.
  • the thick film portion 360 may be provided at one end of the pressure generating chamber 12.
  • the lower electrode film removing portion 350 is formed by completely removing the lower m @ film 60.
  • the lower electrode film removing portion 350 is formed by half etching or the like.
  • the lower electrode film removed portion 35 OA may be a thin film formed by removing a part of the lower electrode film 60 in the thickness direction.
  • the elastic film 50 may be omitted, and the lower film 60 may serve as an elastic body and a lower electrode.
  • An insulating layer 90 having electrical insulation is formed so as to cover at least the periphery of the upper surface of the element 0, and the side surfaces of the piezoelectric element 70 and the lower electrode film 60 (see FIG. 1).
  • an upper electrode film 800 is formed on a part of the portion of the insulator layer 90 covering the upper surface of the portion corresponding to one end of each piezoelectric active portion 320 to connect to a lead electrode 100 described later. Is formed to expose a part of the contact hole 90a.
  • One end is connected to each of the upper cabinets 80 via the contact hole 900a, and a lead 100 is formed, the other end of which extends to the connection terminal portion.
  • the lead 1100 is formed so as to have a width as narrow as possible so that the drive signal can be supplied to the upper electrode film 80 without fail.
  • FIG. 7 shows a process of forming such an insulator layer.
  • an insulator layer 90 is formed so as to cover the peripheral portion of the upper electrode film 80, the side surfaces of the piezoelectric film 70 and the lower electrode film 60.
  • Suitable materials for the insulator layer 90 are as described above, but in the present embodiment, a negative photosensitive polyimide is used.
  • a contact hole is formed in a portion corresponding to the vicinity of the end on the ink supply side of each pressure generating chamber 12.
  • Form 90a The contact hole 90a may be provided at a portion corresponding to the piezoelectric active portion 320 of the pressure generating chamber 12, and may be provided at, for example, a central portion or a nozzle-side end portion.
  • a conductor m such as Cr—Au is sworded over the entire surface, and then the lead is formed to form a lead m3 ⁇ 4 i 0.
  • the silicon single crystal substrate is anisotropically etched with the above-mentioned alkali solution to form the pressure generating chambers 12 and the like.
  • a number of chips are simultaneously formed on one wafer, and after the process is completed, a flow path of one chip size as shown in FIG.
  • the substrate is divided every 10 substrates. Further, the divided flow path forming substrate 10 is sequentially bonded to the sealing plate 20, the common ink chamber forming substrate 30, and the ink chamber side plate 40 to form an ink jet recording head. .
  • the ink-jet head thus configured takes in ink from an ink inlet 42 connected to an external ink supply means (not shown), fills the inside from the common ink chamber 31 to the nozzle opening 11 with ink,
  • a voltage is applied between the lower film 60 and the upper film 80 through the lead electrode 100, and the elastic film 50 and the lower film 60 are applied.
  • the piezoelectric film 70 By deforming the piezoelectric film 70 flexibly, the pressure in the pressure generating chamber 12 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle opening 11.
  • FIG. 8 shows the shapes of the piezoelectric active portion and the pressure generating chamber of the ink jet recording head according to the second embodiment.
  • the piezoelectric body active section 320 is formed in a region facing the pressure generation chamber 12 apart from the peripheral wall of the pressure generation chamber 12.
  • Embodiment 3 is the same as Embodiment 1 except that the piezoelectric film 70 and the upper electrode 80 constituting 320 are continuously extended to the peripheral wall to constitute the connecting portion 3221.
  • the lower part of the piezoelectric active part 320 at the end of the pressure generating chamber 12 near the connecting part 321 and both sides in the width direction of the connecting part 321 are provided with a relatively thick film lower electric shelf.
  • a thick film portion 36 OA is provided. In this case, the vicinity of the illustrated region D is the vibration restricting portion.
  • the cross section taken along the line E-E 'and the cross section taken along the line F--F are similar to those shown in FIGS. 6 (b) and (c), respectively.
  • 0 is formed, and a lower electrode film 60 is formed on both sides of the end of the piezoelectric body active portion 320 to form a thick film portion 36OA.
  • the length of the vibration restricting portion that is, the distance from the end of the lower electrode S large removal portion 350 to the end of the pressure generating chamber 12 (in this embodiment, ( In the figure, the area D) is preferably at least 1/2 of the width of the pressure generating chamber 12.
  • FIG. 9 shows shapes of a piezoelectric active portion and a pressure generating chamber of an ink jet recording head according to Embodiment 3 of the present invention.
  • This embodiment is the same as the first embodiment, except that the lower electrode removing portion 350B is formed to extend in the longitudinal direction from both ends of the piezoelectric active portion 320. Therefore, at the end of the pressure generating chamber 12, the portion sandwiched by the lower electrode ⁇ -removed portion 350 ° forms the thick film portion 360 °.
  • the vibration due to the voltage application is restricted only in the vicinity of both ends of the piezoelectric active portion 320 as in the first embodiment, and the displacement becomes relatively small.
  • the amount of displacement at the end can be suppressed without greatly reducing the amount of displacement of the piezoelectric element, and peeling and cracking of the end of the piezoelectric active portion 320 can be prevented.
  • the thick section 360 B may be provided at one end of the pressure generating chamber 12.
  • FIG. 10 shows the shapes of the piezoelectric active portion and the pressure generating chamber of the ink jet recording head according to Embodiment 4 of the present invention.
  • This embodiment is different from the above-described embodiment in that the lower film removing section 350 C is provided in a U-shape along three edges except for one end of the pressure generating chamber 12. . Further, from one end where the lower MS film removing section 350 C is not provided, the piezoelectric film 70 and the upper electrode 80 constituting the piezoelectric active section 320 are continuously extended to the peripheral wall. However, the part extending from the vicinity of the peripheral wall to the peripheral wall is not a mere thick film part but an inactive piezoelectric active part 325.
  • the inactive piezoelectric active part 3 25 is composed of only the lower electrode film 60 and the piezoelectric film 70, as shown by the cross section H—H in FIG. 10 (b). 0 is the removed structure. Therefore, even if a voltage is applied to the piezoelectric active section 320, it is not driven.
  • the active piezoelectric active portions 3 25 may be provided at both ends of the pressure generating chamber 12.
  • an inactive piezoelectric active portion 325A is formed. May be.
  • FIG. 11 shows the shapes of the piezoelectric active portion and the pressure generating chamber of the ink jet recording head according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the present embodiment is the same as the first embodiment except that a thick film portion 95 of an insulator layer 90 is provided instead of the thick film portion 360 of the first embodiment to serve as a vibration restricting portion.
  • the portion of the piezoelectric active portion 320 other than both end portions is composed of the upper electrode film 8 having the normal thickness of the insulator layer 90.
  • the thick-film insulator layer 95 is provided on the upper part 80. .
  • the thick-colored edge layer 95 may be provided only at one end of the pressure generating chamber 12.
  • the thickness M of the insulator layer 95 only needs to be relatively thicker than other portions.
  • another layer may be provided on the insulator layer 90.
  • FIG. 12 shows the shapes of the piezoelectric active portion and the pressure generating chamber of the ink jet recording head according to Embodiment 6 of the present invention.
  • the thick film portion 360 C of the lower electric shelf 60 is provided on both sides of the substantially central portion in the longitudinal direction of the piezoelectric active portion 320, and the other edge portions of the pressure generating chamber 12 are provided.
  • the embodiment is the same as the first embodiment except that a U-shaped lower ma-jeong-yo-gao section 350D is formed along the line.
  • the vibration due to the voltage application is regulated so as not to be unnecessarily large at the substantially central portion of the piezoelectric active portion 320, and as a whole, It is possible to prevent peeling, cracking, and the like of the end portion of the piezoelectric active portion 320 without greatly reducing the displacement amount of the piezoelectric element. (Difficult form 7)
  • FIG. 13 shows a plan view and a cross-section of a main part of the seventh embodiment.
  • the basic configuration of the present embodiment is similar to that of the second embodiment, and the piezoelectric film 70 and the upper electrode 80 constituting the piezoelectric active portion 320 are separated from one end in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12. It has a connecting portion 321 that extends continuously on the peripheral wall.
  • the piezoelectric film 70 and the piezoelectric active portion 320 composed of 80 ⁇ m are basically provided in a region facing the pressure generating chamber 12.
  • the width of the pressure generating chamber 12 is slightly smaller than the width of the pressure generating chamber 12.
  • the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 are continuously extended from a region facing the pressure generating chamber 12 to a region facing the peripheral wall.
  • the vicinity of the boundary between the region facing the pressure generating chamber 12 and the region facing the peripheral wall is referred to as a connecting portion 3221.
  • both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric active portion 320 and the entire connecting portion 321 are covered with the insulator layer 90.
  • an insulator having a normal thickness is formed on the piezoelectric active portion 320 in a region facing the pressure generating chamber 12.
  • the layer 90 is formed, on both ends of the piezoelectric active portion 320 and on the connecting portion 321, as shown in the cross section L-L in FIG.
  • a thick-film insulator layer 95 having a large thickness is formed to form a vibration regulation layer 325 for regulating the vibration of the diaphragm.
  • the thick blue color body 95 at a position corresponding to the piezoelectric film 70 and the upper film 80 continuously extended by the connecting portion 32 1 has the lead ® @ 100 and the upper A contact hole 90a for connecting to 0 is formed.
  • the lower electrode film 60 facing the vicinity of the boundary with the peripheral wall on both sides in the width direction of the pressure generating chamber 12 and on both sides of the piezoelectric active portion 320, that is, the lower electrode film 60 of the arm portion of the diaphragm is removed.
  • the point that the lower electrode S removal portion 350 is formed is as described above.
  • the thick-film insulator layer 95 is provided on both ends of the piezoelectric active portion 320 and on the connecting portion 321, but may be provided only on the connecting portion 3221 side. Good.
  • the thick-film insulator layer 95 only needs to be relatively thicker than other portions. Therefore, another layer may be laminated on the insulator layer 90, or an insulator layer having a normal thickness may be provided only on the thick insulator layer 95.
  • FIG. 14 shows a plan view and a cross section of a main part of an ink jet recording head according to Embodiment 8 of the present invention.
  • a thick film portion 85 thicker than the upper portion 80 of the other portion is formed on the piezoelectric film 70 in a region opposed to the boundary and the peripheral wall of the pressure generating chamber 12 to restrict vibration.
  • Embodiment 3 is the same as Embodiment 7, except that the layer is a layer A of 25 A and the vibration of the diaphragm is regulated in a region facing the region of the pressure generating chamber 12.
  • the piezoelectric active section 320 is basically provided in a region opposed to the pressure generating chamber 12 as in the seventh embodiment, At one end of 12, the piezoelectric film 70 and the upper electric shelf 80 are extended from the region facing the pressure generating chamber 12 to the region facing the peripheral wall, and the connecting portion 3 2 1 Is composed. Further, an insulator layer 90 is formed on the piezoelectric active portion 320 and the connecting portion 321, and a lead ⁇ 100 is formed on the insulator layer 90 in a region facing the peripheral wall. A contact hole 90a for connecting to the electrode film 80 is formed. In addition, the lower electric power collecting portion 350 is removed to form a lower electric power removing portion 350 in the arm portion of the diaphragm.
  • the upper electrode film 80 is formed with a normal thickness in a region facing the pressure generating chamber 12 as shown in the cross section MM of FIG. 14 (b). In the area 3 21 and the area opposed to the peripheral wall, as shown in the N--N 'cross section of FIG. 14 (c), a thick film section 85 thicker than the other sections is formed, and the vibration regulating layer 3 25 Make up A.
  • the thick film portion 85 is formed on the piezoelectric film 70 in a region facing the connecting portion 32 1 and the peripheral wall, but at least the piezoelectric film 7 of the connecting portion 3 21 is formed. If it is formed on 0, the same effect can be obtained. Further, a thick-film insulator layer 95 as in the seventh embodiment may be further provided in the configuration of the present embodiment, whereby a more remarkable effect is exerted.
  • FIG. 15 shows the pattern shape of the piezoelectric active portion and the like in the vicinity of the pressure generating chamber of the inkjet type self-recording head according to the ninth embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric film 70 and the upper electric shelf 80 constituting the piezoelectric active portion 320 are opposed to the peripheral wall from the region facing the pressure generating chamber 12.
  • Embodiment 7 is the same as Embodiment 7 except that the connecting portion 322, which is the portion crossing the region to be connected, is narrower than the other portions.
  • the connecting portion 3222 of this embodiment is formed by narrowing both the piezoelectric film 70 and the upper surface 80.
  • the piezoelectric active portion 320 when the piezoelectric active portion 320 is driven, the vibration of the diaphragm is suppressed by the insulator layer thick film portion 95 in a region facing the connecting portion 32 and the peripheral wall.
  • the bending is gradually generated from the inside of the pressure generating chamber 12 and the boundary of the peripheral wall toward the pressure generating chamber 12, so that the stress at the connecting portion 32 2 becomes small, and cracks and the like are broken. Is prevented and durability is improved.
  • FIG. 16 shows an example of the piezoelectric active portion and the like near the pressure generating chamber of the ink jet recording head according to Embodiment 10 of the present invention.
  • the upper electrode film 80 is formed to be narrow in the vicinity of the connecting portion 323, and the piezoelectric film 70 has the same thickness as the other portions. Other than that, it is the same as the embodiment ⁇ 9.
  • FIG. 17 shows the planar position relationship between the piezoelectric active portion 320 and the lower electrode film removing portion 350 near the pressure generating chamber of the ink jet recording head according to Embodiment 11 of the present invention. Show the person in charge. Since the basic structure of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, members having the same functions are denoted by the same reference numerals and overlapping description will be omitted.
  • the piezoelectric active portion 320 composed of the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 is separated from the peripheral wall in a region facing the pressure generating chamber 12 Establishment
  • the lower electrode film removing portion 350 is provided adjacent to both sides in the width direction of the piezoelectric active portion 320.
  • the part where the lower part 350 is provided is a so-called arm part, which is a part facing the vicinity of the edge along the width direction both sides of the pressure generating chamber 12.
  • FIG. 17 (a) 0- ⁇ , and FIG. 17 (b), which is a cross-section, the lower electric wires 60 on both sides of the piezoelectric active portion 320 are removed.
  • the diaphragm of the lower electromagnetism removing portion 350 is made of only the elastic film 50, has a relatively smaller thickness than other regions, and is easily deformed.
  • the lower electrode film removing section 350 may remove only a part of the lower film 60 in the thickness direction by half etching or the like, and may also extend to a part of the elasticity S 50 in the thickness direction. It may be removed.
  • the lower part 350 of FIG. 17 is a cross section of FIG. 17 (a), and FIG. 17 (c) which is a P-P ′ cross section thereof, and FIG.
  • FIG. 17 (d) near the end of the pressure generating chamber 12 where the contact hole 90a is formed, the width is gradually narrower toward the end and gradually thicker toward the end.
  • a vibration regulation part 355 is formed. Therefore, the vibrating plate in the vicinity of this end is less likely to be deformed than the other lower film removing portion 350.
  • the vibration regulation unit 355 may be formed by patterning the lower cabinet 60 in a step shown in FIG. 5C using a pattern shown in FIG. 18A. By doing so, it can be formed. In this pattern, an opening 450 is formed at a position facing between the piezoelectric active portions 320, and extends on one end side in parallel with the pressure generating chamber 12, ie, the piezoelectric active portion At the position corresponding to the arm of 320, a narrow portion 450a which is gradually reduced toward both corners is formed, and the thicker film resist remains in the narrower portion. Opening. As a result, the vibration restricting portion 355 is formed such that the width is gradually narrowed toward the end portion and the thickness is gradually increased toward the end portion. The thick portion at the end of the vibration control portion 355 or the lower portion 60 may be slightly etched. In any case, it is only necessary that the P change is generated gradually.
  • the vibration due to the voltage application is restricted only in the vicinity of the end portion of the piezoelectric active portion 320, and the displacement amount becomes relatively small. Since the amount of displacement at the end can be suppressed without greatly reducing the amount of displacement of the piezoelectric element, peeling and cracking of the end of the piezoelectric active section 320 can be prevented. Further, cracks and the like near the contact hole 90a can be prevented.
  • the patterning step has been described as being performed separately, it can be performed continuously using the same resist S. That is, for example, after the piezoelectric active part 320 is subjected to the patterning using the pattern as shown in FIG. 18 (b), the lower electrical cabinet removing part 350 is formed in the same pattern. Can be formed.
  • the lower electrode removing section 350 be provided between all the piezoelectric active sections 3200.
  • An intermediate portion having the same film configuration as that of the portion 320 may be formed. In this case, as will be described later, a vibration regulating portion 355 is formed.
  • the intermediate portion is patterned together with the piezoelectric active portion 320 in the step of FIG. 5 (b).
  • the resist pattern is divided between a mask section 420 for patterning each piezoelectric element active section 320 and a mask section 4 25 for patterning the intermediate section.
  • One end of the mask portion 425 has a wide shape so that the end portion is closer to the mask portion 420 for the piezoelectric active portion 320.
  • an intermediate portion having a pattern close to each of the piezoelectric active portions 320 at one end can be formed.
  • the opening 451 which is adjacent to the wide portion of the mask portion 420, a narrow portion 451a narrowing toward the end is formed.
  • the piezoelectric film 70 remains in the narrow portion 451a when the piezoelectric active portion 320 is set, and thereafter, as described above, further using the same pattern as described above.
  • the vibration regulating portion 365 is formed such that the width is gradually narrowed toward the end and the thickness is gradually increased toward the end as described above. Can be.
  • the lower S3 ⁇ 4 film removed portion 350 may be formed using a resist pattern as shown in FIG. 19 (b).
  • This resist pad has an opening 452 in which one end is narrower toward the end.
  • the opening 452 is an opening in which a thicker film resist is left in a narrower portion at a narrow portion 452a at one end. In this case, it is not necessary to form a wide portion in the mask portion 425 as shown in FIG. 19 (a).
  • the vibration due to the voltage application is restricted only in the vicinity of the end of the piezoelectric active portion 320, and the displacement amount is relatively large, as in the case described above. Since the displacement amount at the end can be suppressed without greatly reducing the displacement amount as a whole, the peeling and cracking of the end portion of the piezoelectric active portion 320, and the contact hole 90a Cracks in the vicinity can be prevented.
  • the lower electrode film removing section 350 may be provided not only on both sides in the width direction of the piezoelectric body active section 320 but also at the end.
  • the narrow portions 450 a to 4 The thicker resist film remains at the end of 52a, and this is used to form the vibration regulating portion 355.
  • the reason why the resist is left in the narrow portion 450a to 5252a is to reduce the resolution of the patterning by, for example, increasing the distance between the mask and the substrate during exposure. This is for appropriate adjustment. Since the pattern is difficult to be removed in a narrower area, the resist film can be left.
  • the resist remains in the thick film as narrow as this, when dry etching is performed using this pattern, the resist is also subjected to the upper electrode film 80, the piezoelectric film 70, and the lower electrode film. Since etching is performed in the same manner as in the case of 60, etc., as a result, a thick film portion is formed in proportion to the remaining portion of the resist.
  • FIG. 20 shows a plan view of a main part of an inkjet type self-recording head according to Embodiment 12 of the present invention.
  • the piezoelectric film 70 and the upper electrode layer 80 constituting the piezoelectric active part 320 are extended from one longitudinal end of the pressure generating chamber 12 to the peripheral wall, and the pressure generating chamber 12 And a connecting portion 321 crossing the boundary between the region facing the peripheral wall and the region facing the peripheral wall, and the vibration regulating portion 3 of the lower electrode film removing portion 350 near the connecting portion 321.
  • Form 5 5 A The width of the vibration regulation part 3 5 5 A gradually increases, as in Difficult form 11 It becomes the vibration regulation part which becomes narrower and Ji if becomes thicker gradually.
  • FIG. 21 shows a main part plane of the ink jet type recording head according to Embodiment 13 of the present invention and its RR ′ cross section.
  • the width of the vibration restricting portion 365 B at one end of the lower electrode film removing portion 350 is gradually narrowed toward the end, but there is no change in il. .
  • Such a structure can be formed by completely removing the resist in the narrow portion 450a of the opening 450 in FIG. 18 to form the opening.
  • the vibration at the vibration restricting portion 3555B is restricted as in the case of Embodiment 11, and breakage near the vibration restricting portion 3555B is prevented.
  • FIG. 22 shows a main part plane of an ink jet recording head according to Embodiment 14 of the present invention and its SS ′ section.
  • the vibration restricting portion 3555C at one end of the lower electrode film removing portion 350 is a force whose film thickness gradually increases toward the end, a pressure directly related to the regulation of vibration. There is no change in width in the area facing the generation chamber 12.
  • Such a structure can be similarly formed using a resist pattern having an opening narrower toward the end as described above.
  • the width of the outermost portion is substantially the same as or larger than the width from the widthwise end of the piezoelectric active portion 320 to the edge of the pressure generating chamber 12.
  • the vibration at the vibration restricting portion 365 is restricted, and destruction or the like near the vibration restricting portion 3555C is prevented.
  • a mask having an opening in which the opening width does not change at the portion corresponding to the vibration regulation portion 355C but the resist film is gradually thicker toward the end can also be formed by gradually forming a thin resist layer into multiple layers.
  • FIG. 23 shows the essentials of an ink jet recording head according to Embodiment 15 of the present invention.
  • This embodiment is an example in which the vibration restricting portion 355D is provided substantially at the center of the piezoelectric active portion 320.
  • the vibration restricting portion is provided near the connecting portion 32A.
  • 35 5 D may be provided.
  • the vibration restricting portions 355D are formed on both sides in the width direction of the piezoelectric active portion 320 near the connecting portion 321A and on both sides of the connecting portion 321A.
  • the contact hole 90a when the contact hole 90a is provided substantially at the center of the piezoelectric active portion 320, the vicinity of the contact hole 90a, that is, the piezoelectric active portion 3 Vibration restricting portions 3555D may be provided on both sides of the central portion of 20 and on both sides of lead electrode 100.
  • lower film removing portions 350 are provided on both sides of the piezoelectric active portion 320, and the vibration regulating portion 3555D is provided with a width and a film thickness of the lower electrode film 60. Is changed by gradually changing the width toward the substantially central portion of the piezoelectric active portion 320, and gradually increasing the thickness toward the central portion. Has become.
  • the vibration in the vibration restricting portion 3555D is restricted as in the case of Embodiment 11, and the vibration near the vibration restricting portion 3555D is prevented.
  • FIG. 24 shows a planar positional relationship and a cross section of the piezoelectric active portion 320 and the lower electrode film removing portion 350 of the ink jet recording head according to Embodiment 16 and the pressure generating chamber 12. Show. Since the basic configuration is the same as that of the first embodiment, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
  • the piezoelectric body active part 320 composed of the piezoelectric film 70 and the upper part 80 is provided in a region facing the pressure generating chamber 12, and It is formed with a width slightly smaller than the width of the generation chamber 12.
  • An insulator layer 90 and a lead m @ 100 are formed on the upper electric shelf 80, and the insulator layer 90 corresponding to one end of the piezoelectric active section 320 is formed.
  • the lower electrode film removing portion 350 faces the vicinity of the boundary with the peripheral wall of the pressure generating chamber 12, and
  • the piezoelectric element is formed in a region extending around the driving section 320.
  • the thick film portion 370 is formed by leaving the lower electrode film 60 without removing it. In other words, when the lower removal film 350 is formed in the step of FIG. 5 (c), the lower portion of the lower removal film 350 is left.
  • the vibration of the diaphragm near the contact hole 90a is regulated by the thick film section 370.
  • This can prevent the piezoelectric active portion 320 from being broken.
  • the thickness of the thick section 370 enhances the durability of the diaphragm in a region facing the inside of the boundary between the pressure generating chamber 12 and the peripheral wall. In particular, this is effective when the rigidity of the diaphragm is reduced by forming a lower removal film 350 around the piezoelectric active portion 320 as in the present embodiment. .
  • the lower electrode film removing portion 350 is formed around the piezoelectric active portion 320, and the thick film portion 70 is formed only by the lower S film 60. It is not limited to this. As described above, it is sufficient that the thickness B of the portion 370 is relatively thicker than the other portion in the area facing the pressure generating chamber 12. Instead, the piezoelectric film 70 and the upper electrode film 80 may be left.
  • the lower electrode film 60 or the elastic film 50 from which the lower electrode film 60 has been removed may be insulated. By stacking another layer such as a body layer, the thick film portion 370 may be thicker than the other portions.
  • the lower portion 350 may not necessarily be formed.
  • the thick portion 370 may be formed, for example, on the lower electrode S60 and the piezoelectric film 70 on the lower electrode S60.
  • the film 80 By leaving the film 80 or, for example, by laminating another layer such as an insulator layer on the lower S @ film 60, it may be formed relatively thicker than other portions.
  • FIG. 25 shows the planar positional relationship with 2.
  • the present embodiment is different from the embodiment 16 except that the inner edge of the thick film portion 37 OA formed in a region facing the corner of the pressure generating chamber 12 is formed by a curve. The same is true. Further, in the present embodiment, a similar thick film portion 37OA is provided also at the corner at the other end of the pressure generating chamber 12.
  • FIG. 26 shows a planar positional relationship between the piezoelectric active section 320 and the lower electrode film removing section 350 of the form 18 and the pressure generating chamber 12.
  • the piezoelectric film 70 and the upper electrical shelf 80 constituting the piezoelectric active portion 320 are continuously extended from the region facing the pressure generating chamber 12 to the region facing the peripheral wall.
  • Embodiment 16 is the same as Embodiment 16 except that a contact portion between the lead electrode 100 and the upper electrode 80 is provided in a region facing the peripheral wall.
  • the piezoelectric active part 320 is basically provided in a region facing the pressure generating chamber 12, and the piezoelectric film is provided at one end of the pressure generating chamber 12.
  • 70 and the upper electrode film 80 extend to a region facing the peripheral wall, and have a connecting portion 3 21 near a boundary with the region facing the pressure generating chamber 12.
  • a thick film portion 370B is formed in the vicinity of 21. Note that this thick film portion 370B is formed by, for example, leaving a lower layer of 60 as in the above-described embodiment.
  • the vibration at the end near the connecting portion 321 of the piezoelectric active portion 320B is suppressed by the thick Ji portion 370B, Destruction of the board can be prevented.
  • the thick film portion 370B may be provided at the other end of the pressure generating chamber 12 as well.
  • FIG. 27 shows a planar positional relationship between the piezoelectric active section 320 and the lower power section 350 of the embodiment 19 and the pressure generating chamber 12.
  • the lower part of the lower shelf 350 is formed in a groove shape along the piezoelectric active part 320
  • the thick film part 370C is formed as follows.
  • the pressure generation chamber 12 is provided in the region facing the boundary with the peripheral wall on both sides in the width direction, and is provided in the longitudinal direction, and further, is arranged so as to surround the end of the piezoelectric active part 320 in the pressure generation chamber 12.
  • Embodiment 18 is the same as Embodiment 18, except that a thick film portion 370D having a curved inner edge is provided.
  • the thick film portions 370C and 370D prevent the diaphragm from being destroyed in a region facing the boundary with the peripheral wall of the pressure generating chamber 12. be able to.
  • the basic structure of the ink jet recording head is not limited to the above-described one.
  • the common ink chamber forming plate 30 may be made of glass ceramics.
  • the thin film 41 may be made of glass ceramics as a separate member. Changes are free.
  • the nozzle openings are formed on the end surface of the formation substrate 10, but the nozzle openings connected in a direction perpendicular to the surface may be formed.
  • FIG. 28 is an exploded perspective view of the embodiment configured as described above, and FIG.
  • Figure 9 shows each of them.
  • the nozzle opening 11 is formed in the nozzle substrate 120 opposite to the piezoelectric element, and the nozzle communication port 22 for communicating the nozzle opening 11 with the pressure generating chamber 12 is sealed.
  • the present embodiment is basically the same as the above-described embodiment except that the thin plate 41A and the ink chamber side plate 4OA are formed as separate members, and the opening 40b is formed in the ink chamber side plate 40. It is the same, and the same members are denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
  • a vibration restricting portion is provided to partially restrict the vibration of the piezoelectric active portion to peel off both ends of the piezoelectric film, and Cracks can be prevented.
  • a thin-film ink jet recording head that can be manufactured by applying a lithography process is exemplified.
  • the present invention is not limited to this.
  • ink jet recording of various structures such as one that forms a pressure generating chamber by lamination, one that forms a piezoelectric film by pasting a green sheet or screen printing, or one that forms a piezoelectric film by crystal growth
  • the present invention can be applied to a pad.
  • an insulator layer is provided between the piezoelectric element and the lead.
  • the present invention is not limited to this.
  • the insulator layer is not provided, and an anisotropic conductive film is thermally fused to each upper electrode.
  • the anisotropic conductive film may be connected to the lead wire, or may be connected using various bonding techniques such as wire bonding.
  • the present invention can be applied to ink jet heads having various structures without departing from the spirit thereof.
  • the ink jet recording head of each of the embodiments constitutes a part of a word head unit including an ink which communicates with an ink cartridge or the like, and is mounted on an ink jet recording apparatus.
  • FIG. 30 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.
  • the recording heads 1A and 1B having the ink jet type self-recording head are provided with detachable cartridges 2A and 2B constituting an ink supply means.
  • the carriage 3 on which the recording heads 1A and 1B are mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4 so as to be movable in the axial direction.
  • the recording head units 1A and 1B discharge, for example, a black link thread material and a power link composition, respectively.
  • the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 having the recording heads 1A and 1B is attached to the carriage shaft 5. Is moved along.
  • the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage axis 5, and the recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller or the like, is not shown in FIG. It is wrapped around 8.
  • the piezoelectric active member facing the pressure generating chamber By providing a vibration regulation part that regulates the vibration of a part of the part, the vibration is partially restricted and the total displacement is not significantly reduced. Can be prevented.

Landscapes

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Description

明 細 書
ィンクジェット^録へッド及びィンクジェット^!己録装置 技術分野
本発明は、 ィ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、 当該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^！己録へッド及びィンクジェット式記録装置に関する。 背景技術
ィ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ィ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エツト式記録へッドには、 圧電素子の軸方 向に伸長、 収縮する縦振動モードの圧電ァクチユエ一タを使用したものと、 たわ み振動モードの圧電ァクチユエ一タを使用したものの 2種類が実用化されている。
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 ィ匕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。
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。
一方、 後者の記録へッドの不都合を解消すべく、 特開平 5— 2 8 6 1 3 1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。
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。 また、 この場合、 圧鼋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 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が、 単位駆動電圧当たりの変位量および圧力発生室に 対向する部分とその外部とを跨ぐ部分で圧電体層へかかる応力の問題から、 圧電 素子を構成する圧電体層および上電極を、 少なくとも一端部以外は圧力発生室外 まで連続的に延設しないように形成するのが望ましい。 しかしながら、 かかる構 造では、 特に境界を横切る圧電体層にクラックが発生し易レヽという問題がある。 また、 圧電素子の実質的な駆動部を周壁から離して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 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 s@との接続部をコンタクトホール内に形成するよう にする構造が提案されている。 しかしながら、 この構造では、 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。
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、 上述した問題が助長される。 さらに、 振動板の圧力発 生室の周壁近傍、 あるいはコンタクトホール近傍にクラック等の破壊が生じ易い という問題もある。
また、 これらの問題は、 特に、 圧電材料層を 莫技術で形成した場合に生じや すい。 なぜなら、 莫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レ、ためである。
本発明はこのような事情に鑑み、 圧電素子の圧力発生室の周壁近傍での剥がれ 及び割れ等並びに振動板の割れ等を防止し、 耐久性を確保することができるイン クジヱット式記録へッドおよびインクジエツト式記録装置を提供することを課題 とする。 発明の開示
l己課題を解決する本発明の第 1の態様は、 ノズル閧口に連通する圧力発生室 の一部を構成する振動板と、 該振動板上に形成された圧電素子とを備え、 前記圧 力発生室に対向する領域に前記圧電素子の圧電体能動部を具備するインクジエツ ト式記録へヅドにおいて、 前記振動板の少なくとも一部の振動を部分的に規制す る振動規制部を前記圧力発生室の周壁との境界近傍に設けたことを特徴とするィ ンクジエツト式言 3^へッドにある。
かかる第 1の態様では、 振動規制部により、 全体の排除体積を極端に低下させ ることなく、割れ等の発生し易い部分の近傍の振動板の振動が部分的に規制され、 割れ及び剥がれが防止される。
本発明の第 2の態様は、 第 1の態様において、 前記振動板が、 少なくとも前記 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部分に、 当該圧電体 能動部に対応する部分の厚さより薄い薄肉部を有することを特徴とするィンクジ エツト式記録へッドにある。
かかる第 2の態様では、 薄肉部により変位量の増大による割れ等の発生が振動 規制部により防止される。
本発明の第 3の態様は、 第 1又は 2の態様において、 前記振動規制部は、 前記 圧電体能動部の端部の長手方向外側及び両側に設けられていることを特徴とする ィンクジエツト式記録へッドにある。
かかる第 3の態様では、 圧電体能動部の端部の振動が規制され、 端部での割れ および剥がれが防止される。
本発明の第 4の態様は、 第 2の態様において、 前記振動規制部は、 前記圧電体 能動部の端部の長手方向外側に設けられ、 当該振動規制部の両側の前記振動板は 前記薄肉部となっていることを特徴とするインクジェヅト式記録へヅドにある。 かかる第 4の態様では、 圧電体能動部の端部の振動が規制され、 端部での割れ および剥がれが防止される。
本発明の第 5の態様は、 第 1又は 2の態様において、 前記振動規制部は、 前記 圧電体能動部の幅方向両側の一部に設けられていることを特徴とするインクジェ ット式記録へヅドにある。 かかる第 5の態様では、 圧電体能動部の中央部の一部で振動が規制され、 端部 での割れおよび剥がれが防止される。
本発明の第 6の態様は、第 2〜 5の何れかの態様において、編己振動規制部は、 前記振動板の厚さが前記薄肉部より厚い厚肉部であることを特徴とするインクジ エツト式言^へヅ ドにある。
かかる第 6の態様では、 部分的な厚肉部を設けることで圧電ァクチユエ一夕の 振動が部分的に規制される。
本発明の第 7の態様は、第 1〜 6の何れかの態様において、編己振動規制部は、 当該振動規制部の振動を規制する他の層を有することを特徴とするインクジエツ ト式言 へッドにある。
かかる第 Ίの態様では、 部分的に他の層を設けることで圧電ァクチユエ一夕の 振動が部分的に規制される。
本発明の第 8の態様は、第 1〜7の何れかの態様において、前記振動規制部は、 前記振動板上に不活性な圧電体層を有する不活性部を具備することを特徴とする ィンクジエツト式記録へヅドにある。
かかる第 8の態様では、 部分的に不活性な圧電体層を設けることで圧電素子の 振動が部分的に規制される。
本発明の第 9の態様は、 第 8の態様において、 前記不活性部は、 前記圧電素子 を構成する圧電体層上の上電極を除去した部分又は圧電体層上に絶縁層を介して 上 m@が設けられた部分であることを とするインクジエツト式記録へッドに ある。
かかる第 9の態様では、 上電極を除去するか上 m¾を絶縁層を介して設けるこ とで圧電ァクチユエ一夕の振動が部分的に規制される。
本発明の第 1 0の態様は、 第 1の態様において、 ]I 己振動規制部が、 前記圧力 発生室とその周壁との境界の内縁部の少なくとも一部に設けられて、 その全体膜 厚が前記圧電体能動部の周囲の全体膜厚より厚い厚膜部であることを特徴とする ィンクジエツト式記録へッドにある。
かかる第 1 0の態様では、 厚膜部により、 振動板の破壊等が防止され、 変位効 率の向上と信頼性の向上とを両立したインクジエツト式記録へッドが実現される。 本発明の第 1 1の態様は、 第 1 0の態様において、 前記厚膜部が、 前記圧電体 能動部の幅方向両側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へ ッドにある。
かかる第 1 1の態様では、 厚膜部により、 振動板両側の腕部の強度が向上され る o
本発明の第 1 2の態様は、 第 1 0又は 1 1の態様において、 前記圧力発生室の 隅部に設けられた前記厚膜部の内縁が曲線状となっていることを特徴とするイン クジエツト式言 BI录へッドにある。
かかる第 1 2の態様では、 厚] 3莫部の内縁の角部をなくしたことにより、 当該内 縁近傍での振動板のクラック等の発生が抑えられる。
本発明の第 1 3の態様は、 第 1 0〜 1 2の何れかの態様において、 前記厚膜部 は、 前記振動板、 前記圧電体層及び前記上電極からなることを特徴とするインク ジエツト式記録へッドにある。
かかる第 1 3の態様では、 振動板、 圧電体層及び上電極により、 振動板の強度 が向上される。
本発明の第 1 4の態様は、 第 1 0〜 1 2の何れかの態様において、 前記厚膜部 は、 前記振動板及び他の層からなることを特徴とするインクジェヅト式記録へッ ドある。
かかる第 1 4の態様では、 振動板及び他の層により、 振動板の強度が向上され る。
本発明の第 1 5の態様は、 第 1 0〜 1 2の何れかの態様において、 前記厚莫部 は、 Ιίίί己振動板からなることを特徴とするインクジエツト式記録へヅドにある。 かかる第 1 5の態様では、 腕部を薄くする構造において、 周壁との境界の内側 を薄くしないことで、 耐久性が向上される。
本発明の第 1 6の態様は、 第 1 0〜： I 4の何れかの態様において、 前記圧電体 能動部の周囲は、 実質的に前記振動板からなることを特徴とするインクジエツト 式言 3^へッドにある。
かかる第 1 6の態様では、 腕部を振動板のみとし、 周壁との境界の内側をそれ より厚膜とすることにより、 振動板の耐久性が向上される。 本発明の第 1 7の態様は、 第 1 0〜 1 5の何れかの態様において、 前記圧電体 能動部の周囲は、 実質的に前記振動板の を相対的に薄くしたものであること を とするインクジエツト式言 へヅドにある。
かかる第 1 7の態様では、 腕部の振動板を薄くすることにより、 圧電体能動部 の変位効率が向上されるが、 周壁との境界部の内側は、 厚膜部により破壊が防止 される。
本発明の第 1 8の態様は、 第 1 7の態様において、 前記振動板は、 弾性膜と下 とからなり、 前記圧電体能動部の周囲は、 前記弾性膜のみからなることを特 徴とするインクジエツト式言 へッドにある。
かかる第 1 8の態様では、 腕部を弾性膜のみとすることにより、 圧電体能動部 の変位効率が向上され、 一方、 周壁との境界部の内側は、 少なくとも下電極を残 すことにより、 耐久性が向上される。
本発明の第 1 9の態様は、 第 1又は 2の態様において、 前記振動規制部は、 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設け られ、 当該腕部の 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 ことを特徴とするインクジエツト式記録へッドにある。
かかる第 1 9の態様では、 莫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。 本発明の第 2 0の態様は、 第 1又は 2の態様において、 前記振動規制部は、 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設け られ、 当該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こ とを特徴とするインクジエツト式言礙へッドにある。
かかる第 2 0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。 本発明の第 2 1の態様は、 第 1又は 2の態様において、 前記振動規制部は、 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設け られ、 当該腕部の i?が徐々に変ィ匕すると共に幅が徐々に変ィ匕することにより前 記振動板の振動を規制することを特徴とするィンクジエツト式言 へヅドにある。 かかる第 2 1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。
本発明の第 2 2の態様は、 第 2 0又は 2 1の態様において、 前記腕部の幅は、 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 iPが大きい厚膜部までの距離であることを特 徴とするインクジエツト式言 3^へヅドにある。
かかる第 2 2の態様では、 圧電体能動部と厚 Ji莫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。
本発明の第 2 3の態様は、 第 1 9〜2 2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、 前記腕部が本質的に前 記弾性膜及び前記下電極からなり、 且つ前記振動規制部の膜厚の変化は前記圧電 体層の膨享の変化であることを特徴とするインクジエツト式記録へヅドにある。 かかる第 2 3の態様では、 圧電体膜の JJ iP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。
本発明の第 2 4の態様は、 第 1 9〜 2 3の何れかの態様において、 前記振動板 が前記弾性膜及び当該弾性膜上に設けられた下^!からなり、 前記腕部が本質的 に当該弾性膜のみからなり、 且つ前記振動規制部はさらに前記下電極を有し、 当 該振動規制部の の変ィ匕は前記下電極の膜厚の変ィ匕であることを特徴とするィ ンクジエツト式言 へッドにある。
かかる第 2 4の態様では、 下 S¾の SUP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。
本発明の第 2 5の態様は、 第 1〜2 4の何れかの態様において、 前記圧電体能 動部を構成する圧電体層及び上電極が当該圧電体能動部の長手方向端部から前記 圧力発生室の周壁に対向する領域まで連続的に設けられて連結部を構成し、 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に設けられているこ とを特徴とするインクジエツト式 へヅドにある。
かかる第 2 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。
本発明の第 2 6の態様は、 第 2 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エツト式記録へッ ドにある。
かかる第 2 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。
本発明の第 2 7の態様は、 第 1〜 2 5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その周壁から離れて設けられ且つ当該 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リ 一ド«¾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 l己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言湿ヘッドにある。
かかる第 2 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。
本発明の第 2 8の態様は、 第 2 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エツ ト式言 3^へッドにある。
かかる第 2 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。
本発明の第 2 9の態様は、 第 2 7又は 2 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エツト式記録へ ッドにある。
かかる第 2 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。
本発明の第 3 0の態様は、 第 1又は 2の態様において、 前記圧電体能動部を構 成する前記圧電体層及び前記上電極が当該圧電体能動部の長手方向端部から前記 圧力発生室の周壁に対向する領域まで連続的に設けられて連結部を構成し、 前記 振動規制部は、 前記圧力発生室の長手方向端部の少なくとも前記連結部が設けら れた側に当該端部近傍の少なくとも前 電体能動部上に積層されて前記振動板 の振動を規制する振動規制層であることを特徴とするィンクジエツト式記録へッ ドにある。
かかる第 3 0の態様では、 圧電体能動部の端部又は連結部での振動板の振動が 規制され、圧電体能動部の剥がれ及び割れ等並びに振動板の割れ等が防止される。 本発明の第 3 1の態様は、 第 3 0の態様において、 前記圧力発生室の少なくと も長手方向端部近傍を覆うように積層された絶縁体層が前記振動規制層を構成す ることを特徴とするインクジエツト式言 へッドにある。
かかる第 3 1の態様では、 絶縁体層により、 圧力発生室の長手方向端部近傍で の圧電体能動部の剥がれ及び割れ等並びに振動板の割れ等が防止される。
本発明の第 3 2の態様は、 第 3 0又は 3 1の態様において、 前記圧電体能動部 の少なくとも前記連結部上に設けられている層が前記振動規制層を構成すること を特徴とするインクジエツト式言 へッドにある。
かかる第 3 2の態様では、 連結部に対応する部分の圧電体能動部の剥がれ及び 割れ等並びに振動板の割れ等が防止される。
本発明の第 3 3の態様は、 第 3 2の態様において、 前記上電極の膜厚を他の部 分より大きくすることにより前記振動規制層を構成することを特徴とするィンク ジエツト式記録へッドにある。
かかる第 3 3の態様では、 上 ¾¾3の SUPを他の部分よりも大きくすることで振 動が規制され、 圧電体能動部の剥がれ及び割れ等並びに振動板の割れ等が防止さ れる。
本発明の第 3 4の態様は、 第 3 0〜 3 3の何れかの態様において、 前記連結部 は、 前記圧電体層及び前記上電極の両者が前記圧電体能動部の主要部分より幅狭 に形成されたものであることを特徴とするィンクジエツト式記録へッドにある。 かかる第 3 4の態様では、 連結部での応力が小さくなり、 クラック等の破壊が 防止される。
本発明の第 3 5の態様は、 第 3 0〜 3 4の何れかの態様において、 前記連結部 は、 前記上電極のみが前記圧電体能動部の主要部分より幅狭に形成されたもので あることを特徴とするインクジェヅト式言 へッドにある。
かかる第 3 5の態様では、 連結部での応力が小さくなり、 クラック等の破壊が 防止され、 耐久性が向上する。 本発明の第 3 6の態様は、 第 3 0〜 3 5の何れかの態様において、 前記圧電体 能動部へ電圧を印加するためのリード と前記上 m¾との接続を行うコン夕ク ト部が、 前記圧力発生室の周壁に対向する部分に設けられていることを特徴とす るインクジエツト式言 へッドにある。
かかる第 3 6の態様では、 コンタクト部でのクラック等の破壊が防止される。 本発明の第 3 7の態様は、 第 1〜3 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、 前記圧電素子の各 層が 莫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 クジエツト式言 へヅドにある。
かかる第 3 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 へッドを大量に且つ比較的容易に i¾ することができる。
本発明の第 3 8の態様は、 第 1〜 3 7の何れかの態様のィンクジェット式記録 へッドを具備することを特徴とするインクジエツト式記録装置にある。
かかる第 3 8の態様では、 ヘッドの耐久性が向上され、 信頼性を向上したイン クジエツト式言 装置を実現することができる。 図面の簡単な説明 第 1図は、 本発明の実施形態 1に係るインクジエツト式記録へッドの分解斜視 図である。
第 2図は、 本発明の実施形態 1に係るインクジェット式記録へッドを示す図で あり、 第 1図の平面図および断面図である。
第 3図は 第 1図の封止板の変形例を示す図である。
第 4図は、 本発明の実施形態 1の薄膜製造工程を示す図である。
第 5図は、 本発明の実施形態 1の薄膜製造工程を示す図である。
第 6図は、 本発明の実施形態 1のインクジェット式記録へッドの要部平面図及 び断面図である。
第 7図は、 本発明の実施形態 1の絶縁体層の形成工程を示す図である。
第 8図は、 本発明の実施形態 2のインクジェット式記録へッドの要部平面図で ある。
第 9図は、 本発明の実施形態 3のインクジェット式記録へッドの要部平面図お よび断面図である。
第 1 0図は、 本発明の実施形態 4のインクジェット式記録へッドの要部平面図 および断面図である。
第 1 1図は、 本発明の実施形態 5のインクジエツ卜式記録へヅドの要部平面図 および断面図である。
第 1 2図は、 本発明の実施形態 6のインクジエツト式記録へヅドの要部平面図 である。
第 1 3図は、 本発明の実施形態 7のインクジエツト式記録へッドの要部平面図 および断面図である。
第 1 4図は、 本発明の実施形態 8のインクジエツト式記録へヅドの要部平面図 および断面図である。
第 1 5図は、 本発明の実施形態 9のインクジヱット式記録へッドの要部平面図 である。
第 1 6図は、 本発明の実施形態 1 0のインクジェット式記録へヅドの要部平面 図である。
第 1 7図は、 本発明の実施形態 1 1のインクジエツト式記録へヅドの要部平面 図および断面図である。
第 1 8図は、 本発明の実施形態 1 1の薄膜製造パターンを説明する要部平面図 である。
第 1 9図は、 本発明の実施形態 1 1の他の薄膜製造パターンを説明する要部平 面図である。
第 2 0図は、 本発明の実施形態 1 2のインクジェヅト式記録へヅドの要部平面 図である。
第 2 1図は、 本発明の実施形態 1 3のインクジエツト式記録へヅドの要部平面 図および断面図である。
第 2 2図は、 本発明の実施形態 1 4のインクジエツト式記録へッドの要部平面 図および断面図である。 第 2 3図は、 本発明の実施形態 1 5のインクジェット式記録へヅドの要部平面 図である。
第 2 4図は、 本発明の実施形態 1 6のインクジェット式記録へヅドの要部平面 図および断面図である。
第 2 5図は、 本発明の実施形態 1 7のインクジェット式記録へヅドの要部平面 図である。
第 2 6図は、 本発明の実施形態 1 8のインクジェット式記録へッドの要部平面 図である。
第 2 7図は、 本発明の実施形態 1 9のインクジェット式記録へッドの要部平面 図である。
第 2 8図は、 本発明の他の実施形態に係るィンクジエツト式記録へッドの分解 斜視図である。
第 2 9図は、 本発明の他の実施形態に係るィンクジエツト式記録へヅドを示す 断面図である。
第 3 0図は、 本発明の一実施形態に係るィンクジヱット式記録装置の概略図で ある。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(纖形態 1 )
第 1図は、 本発明の実施形態 1に係るインクジェット式記録へッドを示す分解 斜視図であり、 第 2図は、 平面図とその 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。
図示するように、 流路形 5¾¾板 1 0は、 本実施形態では面方位 （1 1 0 ) のシ リコン単結晶基板からなる。 流路形成繊 1 0としては、 通常、 1 5 0〜3 0 0 m程度の厚さのものが用いられ、 望ましくは 1 8 0〜2 8 0 m程度、 より望 ましくは 2 2 0 // m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。
«形成基板 1 0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 形成した二酸ィ匕シリコンからなる、 厚さ l〜2 /mの弾性膜 50が形成されてい る。
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ツチン 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。
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 卜と比較して （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开狱の 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。
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。
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 1 2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
^つれる。
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 ―ド、 吐出周波数に応じて最適化される。 例えば、 1ィンチ当たり 360個のィ ンク滴を記録する場合、 ノズル開口 11は数十〃 mの溝幅で精度よく形成する必 要がある。
また、 各圧力発生室 12と後述する共通ィンク室 31とは、 後述する封止板 2 0の各圧力発生室 1 2の一端部に対応する位置にそれそれ形成されたィンク供給 連通口 2 1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 2 1を介し て共通インク室 3 1から供給され、 各圧力発生室 1 2に分配される。
封止板 2 0は、 前述の各圧力発生室 1 2に対応したィンク供給連通口 2 1が穿 設された、 厚さが例えば、 0 . l〜l mmで、 線膨張係数が 3 0 0 °C以下で、 例 えば 2 . 5〜4 . 5 [ X 1 0一6/。 C] 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 2 1は、 第 3図 （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のスリツト孔 2 1 Aでも、 あるいは複 数のスリット孔 2 1 Bであってもよい。 封止扳 2 0は、 一方の面で流路形成基板 1 0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 3 1の一壁面を構 成する。
共通インク室形成 ¾反 3 0は、共通インク室 3 1の周壁を形成するものであり、 ノズル開口数、 ィ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 3 0の厚さ は、 0 . 2 mmとしている。
インク室側板 4 0は、 ステンレス基板からなり、 一方の面で共通ィンク室 3 1 の一壁面を構成するものである。 また、 インク室側板 4 0には、 他方の面の一部 にハ一フエッチングにより凹部 4 0 aを形成することにより薄肉壁 4 1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 4 2が打抜き形成され ている。 なお、 薄肉壁 4 1は、 インク滴吐出の際に発生するノズル開口 1 1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 1 2に、 共通インク 室 3 1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 形態では、 ィンク導入口 4 2と外部のィ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 4 0を 0 . 2 mmとし、 その一部を厚さ 0 . 0 2 mmの薄肉壁 4 1 としているが、 ハーフエッチングによる薄肉壁 4 1の形成を省略するために、 ィ ンク室側板 4 0の厚さを初めから 0 . 0 2 mmとしてもよい。
一方、 流路形成基板 1 0の開口面とは反対側の弾性膜 5 0の上には、 厚さが例 えば、 約 0 . 5〃mの下電極膜 6 0と、 厚さが例えば、 約 l〃mの圧電体膜 7 0 と、 厚さが例えば、 約 0 . 1 Π1の上 莫 8 0とが、 後述するプロセスで積層 形成されて、 圧電素子 3 0 0を構成している。 ここで、 圧電素子 3 0 0は、 下電 極膜 6 0、 圧電体 fl莫 7 0、 及び上電極膜 8 0を含む部分をいう。 一般的には、 圧 電素子 3 0 0の何れか一方の電極を共通 ®Sとし、 他方の β及び圧電体膜 7 0 を各圧力発生室 1 2毎にパ夕一ニングして構成する。 そして、 ここではパ夕一二 ングされた何れか一方の電極及び圧電体膜 7 0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 3 2 0という。本実施形態では、 下電棚莫 6 0は圧電素子 3 0 0の共通電極とし、 上電極莫 8 0を圧電素子 3 0 0 の個別 m¾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 3 0 0と当該圧電素子 3 0 0の駆動により変位 が生じる振動板とを合わせて圧電ァクチユエ一夕と称する。 なお、 上述した例で は、 弾性膜 5 0及び下 膜 6 0が振動板として作用するが、 下電栖莫が弾性膜 を兼ねるようにしてもよい。
そして、 かかる各上 m¾膜 8 0の上面の少なくとも周縁、 及び圧電体膜 7 0の 側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層 9 0が形成されている。 絶縁体層 9 0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、 窒ィ匕シリコン、 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。
絶縁体層 9 0の各上電極膜 8 0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 ms i 0 0と接続するために上電棚莫 8 0の一部を露出さ せるコンタクトホール 9 0 aが形成されている。 そして、 このコンタクトホール 9 0 aを介して各上 S«膜 8 0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 1 0 0が形成されている。 リード電極 l o oは、 駆動信号を上 膜 8 0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。 ここで、 シリコン単結晶謝反からなる流路形成基板 1 0上に、 圧電体膜 7 0等 を形成するプロセスを第 4図を参照しながら説明する。
第 4図 （a ) に示すように、 まず、 流路形成基板 1 0となるシリコン単結晶基 板のウェハを約 1 1 0 0 °Cの拡散炉で熱酸化して二酸ィ匕シリコンからなる弾性膜 5 0を形成する。
次に、 第 4図（b ) に示すように、 スパッタリングで下電極膜 6 0を形成する。 下 莫 6 0の材料としては、 P t等が好適である。 これは、 スパッタリング法 ゃゾルーゲル法で成膜する後述の圧電体膜 7 0は、 劍莫後に大気雰囲気下又は酸 素雰囲気下で 6 0 0〜1 0 0 0 °C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 6 0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 7 0として P Z Tを用いた 場合には、 P b O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 P tが好適である。
次に、 第 4図 （c ) に示すように、 圧電体膜 7 0を成膜する。 この圧電体膜 7 0の) ¾莫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 7 0を得る、 いわゆるゾルーゲ ル法を用いている。 圧電体膜 7 0の材料としては、 チタン酸ジルコン酸鉛 ( P Z T ) 系の材料がィンクジエツト式記録へッドに使用する場合には好適である。 次に、 第 4図 （d ) に示すように、 上電極膜 8 0を劇莫する。上電纏莫 8 0は、 導電性の高い材料であればよく、 A l、 Au、 N i、 P t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、 P tをスパッタリングにより 莫 している。
次に、 第 5図に示すように、 下電極膜 6 0、 圧電体膜 7 0及び上電鐘莫 8 0を パ夕一ニングする。
まず、 第 5図 （a ) に示すように、 下電極 Ji莫 6 0、 圧電体膜 7 0及び上電極膜
8 0を一緒にエッチングして下 ma莫 6 0の全体パターンをパターニングする。 次いで、 第 5図 （b ) に示すように、 圧電体膜 7 0及び上電極膜 8 0のみをエツ チングして圧電体能動部 3 2 0のパ夕一ニングを行う。 次に、 第 5図 （c ) に示 すように、 各圧力発生室 1 2 (第 5図では圧力発生室 1 2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 3 2 0の両側の振動 板の腕に相当する部分の下電極膜 6 0を除去することにより、 下電極膜除去部 3 5 0を形成する。 このように下電極莫除去部 3 5 0を設けることにより、 圧電体 能動部 3 2 0への電圧印加による変位量の向上を図るものである。
以上説明したように、 まず、 下 β莫 6 0の全体のパターンを形成し、 次いで、 圧電体能動部 3 2 0をパターニングし、 最後に下電極膜除去部 3 5 0をパ夕一二 ングすることによりパ夕一ニングが完了する。
このように形成された圧電体能動部 3 2 0および下電極膜除去部 3 5 0との平 面位置関係を第 6図に示す。
第 6図 （a ) に示すように、 圧電体膜 7 0および上電纏莫 8 0からなる圧電体 能動部 3 2 0は、 圧力発生室 1 2に対向する領域内に設けられ、 下 ¾«鄭余去部 3 5 0は、 圧電体能動部 3 2 0の幅方向両側に隣接して設けられている。 下 S¾ 膜除去部 3 5 0が設けられた部分は、 振動板のいわゆる腕部と呼ばれている部分 であり、 圧力発生室 1 2の幅方向両側に沿った縁部近傍に対向する部分であり、 第 6図 （b ) の B— B， 断面に示すように、 圧電体能動部 3 2 0の両側の下電極 膜 6 0が除去されている。 また、 本実施形態では、 下電極膜除去部 3 5 0は、 圧 電体能動部 3 2 0の両端部に隣接する部分を除いて形成されている。 従って、 圧 力発生室 1 2の長手方向両端部に対向する領域では、 第 6図 （c ) の C— C ' 断 面図に示すように、 圧電体能動部 3 2 0の両端部の幅方向両側および長手方向外 側には、 下 ¾«莫6 0力 s存在し、 その ,が相対的に厚膜の厚膜部 3 6 0となり、 振動板の振動を部分的に規制する振動規制部となっている。
このような構造とすることにより、 圧電体能動部 3 2 0の両端部近傍のみにお いて、 電圧印加による振動板の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 3 2 0の端部の剥がれおよび割れ等を防止することが できる。 なお、 厚膜部 3 6 0は圧力発生室 1 2の一方の端部に設けてもよい。 なお、 本実施形態では、 下電極膜除去部 3 5 0は、 下 m@膜 6 0を完全に除去 することにより形成したが、 第 6図 （d ) に示すように、 ハーフエッチング等に より、 下電極膜 6 0の厚さ方向の一部を除去して薄膜とした下電極膜除去部 3 5 O Aとしてもよい。 また、 この場合には、 弾性膜 5 0がなくて、 下 膜 6 0が 弾性体および下電極の役割を果たすものでもよい。
以上のように、 下電擁莫 6 0等をパ夕一ニングした後には、 好ましくは、 各上 0の上面の少なくとも周縁、 及び圧電体莫 7 0および下電極膜 6 0の側 面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層 9 0を形成する （第 1図参照） 。 次いで、 絶縁体層 9 0の各圧電体能動部 3 2 0の一端部に対応する部分の上面 を覆う部分の一部に、 後述するリード電極 1 0 0と接続するために上電極膜 8 0 の一部を露出させるコンタクトホール 9 0 aを形成する。 そして、 このコンタク トホール 9 0 aを介して各上電棚莫 8 0に一端が接続し、 また、 他端が接続端子 部に延びるリ一ド¾¾ 1 0 0が形成されている。 リ一ド¾11 0 0は、 駆動信号 を上電極膜 8 0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。
このような絶縁体層の形成プロセスを第 7図に示す。
まず、 第 7図 （a ) に示すように、 上電極膜 8 0の周縁部、 圧電体膜 7 0およ び下電極膜 6 0の側面を覆うように絶縁体層 9 0を形成する。 この絶縁体層 9 0 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。
次に、 第 7図 （b ) に示すように、 絶縁体層 9◦をパターニングすることによ り、 各圧力発生室 1 2のィンク供給側の端部近傍に対応する部分にコンタクトホ —ル 9 0 aを形成する。 なお、 コンタクトホール 9 0 aは、 圧力発生室 1 2の圧 電体能動部 3 2 0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。
次に、 例えば、 C r— A uなどの導電体を全面に劍莫した後、 パ夕一ニングす ることにより、 リード m¾ i 0 0を形成する。
以上が B成プロセスである。 このようにして 成を行った後、 第 7図 （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 1 2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ヅプを同時に形成し、 プロセ ス終了後、 第 1図に示すような一つのチップサイズの流路形成基板 1 0毎に分割 する。 また、 分割した流路形成基板 1 0を、 封止板 2 0、 共通インク室形成基板 3 0、 及びィンク室側板 4 0と順次接着して一体ィ匕し、 インクジェット式記録へ ッドとする。 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 4 2からインクを取り込み、 共通インク室 3 1からノズ ル開口 1 1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 1 0 0を介して下 膜 6 0と上 莫 8 0と の間に電圧を印加し、 弾性膜 5 0、 下 «I莫 6 0及び圧電体膜 7 0をたわみ変形 させることにより、 圧力発生室 1 2内の圧力が高まりノズル開口 1 1からインク 滴が吐出する。
(難形態 2 )
第 8図には、 実施形態 2に係るインクジェット式記録へヅドの圧電体能動部お よび圧力発生室の形状を示す。
上述した実施形態では、 圧電体能動部 3 2 0は圧力発生室 1 2の周壁から離れ て圧力発生室 1 2に対向する領域内に形成されているが、 本実施形態は、 圧電体 能動部 3 2 0を構成する圧電体膜 7 0および上電極 8 0が周壁上まで連続して延 設して連結部 3 2 1を構成した以外は、 実施形態 1と同様である。 そして、 連結 部 3 2 1の近傍の圧力発生室 1 2の端部の圧電体能動部 3 2 0および連結部 3 2 1の幅方向両側に、 相対的に厚膜の下電棚莫 6 0からなる厚膜部 3 6 O Aを設け られている。 この場合には、 図示する領域 D近傍が振動規制部となる。すなわち、 E - E ' 線断面および F— F， 断面がそれそれ第 6図 （b ) および （c ) と同様 であり、 圧電体能動部 3 2 0の両側には下電極膜除去部 3 5 0が形成され、 圧電 体能動部 3 2 0の端部の両側の部分には、 下電極膜 6 0が形成され、 厚膜部 3 6 O Aを構成している。
このような構成では、 圧電素子を駆動した際の圧力発生室 1 2内とその周壁境 界から圧力発生室に向かってたわみが緩やかに生じるため、 振動規制部に位置す る圧電体能動部 3 2 0の応力が小さくなり、 クラック等の破壊が防止され、 耐久 性が向上する。 なお、 このような効果を奏するためには、 振動規制部の長さ、 すなわち、 本実施形態では下電極 S莫除去部 3 5 0の端部から圧力発生室 1 2の端 部までの距離 （図中、 領域 D ) が圧力発生室 1 2の幅の 1 /2以上であるのが好 ましい。
(観形態 3 ) 第 9図には、 本発明の実施形態 3に係るィンクジエツト式記録へッドの圧電体 能動部および圧力発生室の形状を示す。
本実施形態は、 下電«莫除去部 3 5 0 Bを圧電体能動部 3 2 0の両端部よりも 長手方向外側まで形成した以外は、 実施形態 1と同様である。 従って、 圧力発生 室 1 2の端部では、 下電極 β莫除去部 3 5 0 Βに挟まれた部分が厚膜部 3 6 0 Βと なっている。
従って、 このような構造とすることにより、 形態 1と同様に、 圧電体能動 部 3 2 0の両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、 圧電体能動部 3 2 0の端部の剥がれおよび割れ等を 防止することができる。 なお、 厚莫部 3 6 0 Bは、 圧力発生室 1 2の一方の端部 に設けてもよい。
(難形態 4 )
第 1 0図には、 本発明の実施形態 4に係るインクジエツト式記録へッドの圧電 体能動部および圧力発生室の形状を示す。
本実施形態は、 上述した 形態とは異なり、 下 ¾1膜除去部 3 5 0 Cを圧力 発生室 1 2の一端部を除いて 3方の縁部に沿ってコ字状に設けたものである。 さ らに、 下 MS膜除去部 3 5 0 Cを設けていない一端部からは、 圧電体能動部 3 2 0を構成する圧電体膜 7 0および上電極 8 0を周壁上まで連続的に延設したが、 周壁の近傍から周壁上に延設される部分を、 単なる厚膜部ではなく不活性圧電体 能動部 3 2 5としたものである。
ここで、 不活性圧電体能動部 3 2 5は、 第 1 0図 （b ) の H— H， 断面に示す ように、 下電極膜 6 0および圧電体膜 7 0のみからなり、 上電極 8 0が除去され た構造である。 したがって、 圧電体能動部 3 2 0に電圧が印加されても駆動され ることはない。
このような構造とすることにより、 不活性圧電体能動部 3 2 5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、 圧電 体能動部 3 2 0の端部の剥がれおよび割れ等を防止することができる。 なお、 不 活性圧電体能動部 3 2 5は圧力発生室 1 2の両端部に設けてもよい。
なお、 第 1 0図 （c ) に示すように、 圧電体膜 7 0と上 膜 8 0との間に絶 縁層 3 2 6を設けることによって不活性圧電体能動部 3 2 5 Aを形成してもよい。
(難形態 5 )
第 1 1図には、 本発明の^形態 5に係るインクジェット式記録へヅドの圧電 体能動部および圧力発生室の形状を示す。
本実施形態は、 実施形態 1の厚膜部 3 6 0の代わりに絶縁体層 9 0の厚膜部 9 5を設けて振動規制部とした以外は、 ^形態 1と同様である。
すなわち、 圧電体能動部 3 2 0の両端部以外の部分は、 第 1 1図 （b ) の I一 I， 断面に示すように、 通常の厚さの絶縁体層 9 0が上電極膜 8 0上に設けられ ているが、 両端部においては、 第 1 1図 （c ) の J— J ' 断面に示すように、 厚 膜絶縁体層 9 5が上 莫 8 0上に設けられている。
従って、 圧電体能動部 3 2 0に電圧を印加して駆動すると、 両端部のみの振動 が規制されて、 この部分の近傍のみにおいて、 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、 圧電体能動部 3 2 0の端部の剥がれおよび割れ等を防止することができる。 なお、厚 色縁体層 9 5は圧力発生室 1 2の一端部のみに設けてもよい。また、 厚 M¾縁体層 9 5は、 他の部分と相対的に厚膜になっていればよく、 また、 例え ば、 絶縁体層 9 0の上に他の層を設けてもよい。
(鎌形態 6 )
第 1 2図には、 本発明の実施形態 6に係るインクジエツト式記録へッドの圧電 体能動部および圧力発生室の形状を示す。
本実施形態は、 下電棚莫 6 0の厚膜部 3 6 0 Cを圧電体能動部 3 2 0の長手方 向略中央部の両側に設け、 これ以外の圧力発生室 1 2の縁部に沿ってコ字状の下 ma鄭余去部 3 5 0 Dを形成した以外は、 実施形態 1と同様である。
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、 圧電体能動 部 3 2 0の略中央部において、 電圧印加による振動が必要以上に大きくならない ように規制されるので、 全体としての変位量を大きく低下させることなく、 圧電 体能動部 3 2 0の端部の剥がれおよび割れ等を防止することができる。 (難形態 7 )
^形態 7の要部平面図およびその断面を第 1 3図に示す。 本実施形態は、 基 本的構成は実施形態 2に類似し、 圧電体能動部 3 2 0を構成する圧電体膜 7 0お よび上電極 8 0が圧力発生室 1 2の長手方向一端部から周壁上まで連続的に延設 された連結部 3 2 1を有する。
第 1 3図 （a ) に示すように、 圧電体膜 7 0および上 莫 8 0からなる圧電 体能動部 3 2 0は、 基本的には圧力発生室 1 2に対向する領域内に設けられて、 圧力発生室 1 2の幅より若干狭い幅で形成されている。 また、 圧力発生室 1 2の 一端部においては、 圧電体膜 7 0および上電極膜 8 0が圧力発生室 1 2に対向す る領域から周壁に対向する領域まで連続的に延設されており、 圧力発生室 1 2に 対向する領域と周壁に対向する領域との境界近傍を連結部 3 2 1とする。
そして、 本実施形態では、 圧電体能動部 3 2 0の長手方向両端部および連結部 3 2 1の全体は絶縁体層 9 0で覆われている。 ここで、 圧力発生室 1 2に対向す る領域の圧電体能動部 3 2 0上には、 第 1 3図 （b ) の K— K ' 断面に示すよう に、 通常の厚さの絶縁体層 9 0が形成されているが、 圧電体能動部 3 2 0の両端 部及び連結部 3 2 1上には、 第 1 3図 （c ) の L一 L， 断面に示すように、 通常 よりも厚い厚さの厚膜絶縁体層 9 5が形成され、 振動板の振動を規制する振動規 制層 3 2 5となっている。 また、 連結部 3 2 1により連続的に延設された圧電体 膜 7 0および上 膜 8 0に対応する位置の厚 ¾色縁体 9 5には、 リード ®@ 1 0 0と上 莫 8 0とを接続するためのコンタクトホール 9 0 aが形成されてい る。
なお、 圧力発生室 1 2の幅方向両側の周壁との境界近傍に対向し且つ圧電体能 動部 3 2 0の両側の部分、 すなわち、 振動板の腕部分の下電極膜 6 0は除去され て下電極 S莫除去部 3 5 0が形成されている点は、 上述した通りである。
このような構成にすることにより、 圧電体能動部 3 2 0に電圧を印加して駆動 すると、 両端部及び連結部 3 2 1のみの駆動が規制されて、 この部分の近傍のみ において、 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、 圧電体能動部 3 2 0の端部の剥 がれ及び割れ等並びに振動板の割れ等を防止することができる。 なお、 厚膜絶縁体層 9 5は、 本実施形態では、 圧電体能動部 3 2 0の両端部及 び連結部 3 2 1上に設けたが、 連結部 3 2 1側のみに設けてもよい。 また、 厚膜 絶縁体層 9 5は、 他の部分と相対的に厚膜になっていればよい。 従って、 絶縁体 層 9 0上に他の層を積層してもよく、 また、 厚膜絶縁体層 9 5の部分のみに通常 の厚さの絶縁体層を設けてもよい。
(纖形態 8 )
第 1 4図には、 本発明の 形態 8に係るインクジェヅト式記録へヅドの要部 平面及び断面を示す。
本実施形態では、 圧力発生室 1 2の境界及び周壁に対向する領域の圧電体膜 7 0上に他の部分の上電纏莫 8 0よりも厚い厚膜部 8 5を形成して振動規制層 3 2 5 Aとし、 圧力発生室 1 2の領域に対向する領域で、 振動板の振動を規制してい る以外は、 実施形態 7と同様である。
.第 1 4図 （a ) に示すように、 圧電体能動部 3 2 0は、 実施形態 7と同様、 基 本的には圧力発生室 1 2に対向する領域内に設けられ、 圧力発生室 1 2の一端部 においては、 圧電体膜 7 0および上電棚莫 8 0が圧力発生室 1 2に対向する領域 から周壁に対向する領域へまで »的に延設されて連結部 3 2 1を構成している。 また、 圧電体能動部 3 2 0および連結部 3 2 1上には絶縁体層 9 0が形成され、 周壁に対向する領域の絶縁体層 9 0には、 リ一ド^ 1 0 0と上電極膜 8 0とを 接続するためのコンタクトホール 9 0 aが形成されている。 また、 振動板の腕部 の部分の下電纏莫 6 0は除去されて下電纏莫除去部 3 5 0が形成されている。 また、 上電極膜 8 0は、 圧力発生室 1 2に対向する領域では、 第 1 4図 （b ) の M— M， 断面に示すように、 通常の厚さで形成されているが、 連結部 3 2 1及 び周壁に対向する領域では、 第 1 4図 （c ) の N— N ' 断面に示すように、 他の 部分よりも厚い厚膜部 8 5となり、 振動規制層 3 2 5 Aを構成している。
このような構成にすることにより、 実施形態 7と同様の効果を奏することがで る。
なお、 厚膜部 8 5は、 本実施形態では、 連結部 3 2 1及び周壁に対向する領域 の圧電体膜 7 0上に形成されているが、 少なくとも連結部 3 2 1の圧電体膜 7 0 上に形成されていれば、 同様の効果を得ることができる。 また、 本実施形態の構成に、 さらに 形態 7のような厚膜絶縁体層 9 5を設 けてもよく、 これにより、 さらに顕著な効果を奏する。
讓形態 9 )
第 1 5図には、 本発明の実施形態 9に係るインクジェヅト式言己録へッドの圧力 発生室近傍の圧電体能動部等のパターン形状を示す。
本実施形態は、 第 1 5図に示すように、 圧電体能動部 3 2 0を構成する圧電体 膜 7 0および上電棚莫 8 0が圧力発生室 1 2に対向する領域から周壁に対向する 領域へ横切る部分である連結部 3 2 2が他の部分より幅狭となっている以外は実 施形態 7と同様である。 なお、 本実施形態の連結部 3 2 2は、 圧電体膜 7 0及び 上 S¾莫 8 0の両者を幅狭に形成したものである。
このような構成では、 圧電体能動部 3 2 0を駆動した際、 絶縁体層厚膜部 9 5 により、 連結部 3 2 2及び周壁に対向する領域で、 振動板の振動が抑えられるこ とに加え、 さらに、 圧力発生室 1 2内とその周壁境界から圧力発生室 1 2に向か つてたわみが緩やかに生じるため、 連結部 3 2 2での応力が小さくなり、 クラッ ク等の破壊が防止され、 耐久性が向上する。
(魏形態 1 0 )
第 1 6図には、 本発明の実施形態 1 0に係るインクジエツト式記録へッドの圧 力発生室近傍の圧電体能動部等のノ、'夕一ン开 を示す。
本実施形態は、 第 1 6図に示すように、 連結部 3 2 3近傍において、 上電極膜 8 0のみを幅狭に形成して圧電体膜 7 0は他の部分と同一の厚さにした以外は実 施形^ 9と同様である。
このような構成によっても実施形態 9と同様な効果を奏することができる。 讓形態 1 1 )
第 1 7図には、 本発明の実施形態 1 1に係るインクジエツト式記録へッドの圧 力発生室近傍の圧電体能動部 3 2 0および下電極膜除去部 3 5 0との平面位置関 係を示す。 なお、 本実施形態の基本的構造は実施形態 1と同様であるので、 同一 作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
第 1 7図 （a ) に示すように、 圧電体膜 7 0および上電極膜 8 0からなる圧電 体能動部 3 2 0は、 圧力発生室 1 2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 3 5 0は、 圧電体能動部 3 2 0の幅方向両側に隣接して設 けられている。 下 S«鄭余去部 3 5 0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 1 2の幅方向両側に沿った縁部近傍に対向する 部分であり、 第 1 7図 （a ) の 0—〇， 断面である第 1 7図 （b ) に示すように、 圧電体能動部 3 2 0の両側の下電纏莫 6 0が除去されている。 従って、 下電観莫 除去部 3 5 0の振動板は弾性膜 5 0のみからなり、 他の領域より相対的に膜厚が 薄くなつており、 容易に変形するようになっている。 勿論、 下電極膜除去部 3 5 0は、 下 膜 6 0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 S莫 5 0の厚さ方向の一部まで除去してもよい。
また、 本実施形態では、 下 鄭余去部 3 5 0は、 第 1 7図 （a )、 並びにその P - P ' 断面である第 1 7図 （c ) 及び Q— Q ' 断面である第 1 7図 （d ) に示 すように、 コンタクトホール 9 0 aが形成される圧力発生室 1 2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 3 5 5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 膜除去部 3 5 0より変形し難くなつている。
このような振動規制部 3 5 5は、 例えば、 第 1 8図 （a ) に示すようなパ夕一 ンを用いて、 第 5図 （c ) のステップで、 下電棚莫 6 0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 3 2 0の間に 対向する位置に開口 4 5 0が形成され、 一端部側には、 圧力発生室 1 2に平行に 延び、 すなわち、 圧電体能動部 3 2 0の腕部に対応する位置に、 両隅部に向かつ て漸小する幅狭部 4 5 0 a力 s形成されており、 幅狭の部分ほど厚膜のレジス卜が 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 3 5 5が形成される。 なお、 振動規 制部 3 5 5の端部の厚莫部でも下電擁莫 6 0が多少ェツチングされていてもよく、 何れにしても、 徐々に P変ィ匕が生じていればよい。
このように振動規制部 3 5 5を有する構造とすることにより、 圧電体能動部 3 2 0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 3 2 0の端部の剥がれおよび割れ等、 また、 コンタクトホール 9 0 a近傍での割れ等を防止することができる。
なお、 以上説明した実施形態では、 第 5図 （b ) に示す圧電体能動部 3 2 0の パ夕一ニングのステップと、 第 5図 （c ) に示す下電極膜除去部 3 5 0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 S莫を用いて連続 的に行うこともできる。 すなわち、 例えば、 第 1 8図 （b ) に示すようなパ夕一 ンを用いて圧電体能動部 3 2 0をパ夕一ニングした後、 同じパターンで下電棚莫 除去部 3 5 0を形成することができる。
また、 各圧電体能動部 3 2 0の間は、 すべて下電¾!莫除去部 3 5 0である必要 はなく、 例えば、 隣接する下電極膜除去部 3 5 0の間に、 圧電体能動部 3 2 0と 同様の膜構成を有する中間部が形成されていてもよい。 この場合は、 後述のよう に、 振動規制部 3 5 5が形成される。
まず、 第 1 9図 （a ) に示すようなレジストパ夕一ンを用いて、 第 5図 （b ) のステップで圧電体能動部 3 2 0と共に中間部をパターニングする。 ここで、 レ ジストパ夕一ンは、 各圧電体能動部 3 2 0をパ夕一ニングするためのマスク部 4 2 0の間に、 中間部をパ夕一ニングするためのマスク部 4 2 5を有し、 マスク部 4 2 5の一端部は、 端部ほど圧電体能動部 3 2 0のためのマスク部 4 2 0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 3 2 0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 4 2 0の幅広部に隣接する開口 4 5 1には、 端部ほど幅狭になる幅狭部 4 5 1 a が形成されており、 幅狭の部分ほど厚莫のレジストが残留している。 従って、 圧 電体能動部 3 2 0のパ夕一ニングの際に圧電体膜 7 0が幅狭部 4 5 1 a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 «¾莫除去部 3 5 0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 3 5 5を形成することができる。 なお、 この下電極除去ステップは、 第 1 9図 （b ) に示すようなレジストパ夕 ーンを用いて、 下 S¾膜除去部 3 5 0を形成するようにしてもよい。 このレジス トパ夕一ンは、 一端部が、 端部ほど幅狭になるような開口 4 5 2を有する。 この 開口 4 5 2は、 一端部の幅狭部 4 5 2 a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。 なお、 この場合、 第 1 9図 （a ) に示すようなマスク部 4 2 5に幅広部を形成 しなくてもよい。
このように振動規制部 3 5 5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 3 2 0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 3 2 0の端部の剥がれ および割れ等、 また、 コンタクトホール 9 0 a近傍での割れ等を防止することが できる。
なお、 何れの場合においても、 下電極膜除去部 3 5 0は、 圧電体能動部 3 2 0 の幅方向両側のみではなく、 端部に設けてもよい。
以上説明したように、 本 形態では、 レジスト膜に幅狭部 4 5 0 a〜4 5 2 aを有する開口 4 5 0〜4 5 2をパターニングする際に、 幅狭部 4 5 0 a〜4 5 2 a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 3 5 5 を形成している。 このように幅狭部 4 5 0 a〜4 5 2 a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夕一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 8 0、 圧電体膜 7 0および下電極膜 6 0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 に比例して厚膜部 が形成される。
(m 形態 1 2 )
第 2 0図には、 本発明の実施形態 1 2に係るインクジエツト式言己録へッドの要 部平面を示す。
本実施形態は、 圧電体能動部 3 2 0を構成する圧電体膜 7 0および上電極層 8 0を圧力発生室 1 2の長手方向一端部から周壁上まで延設し、 圧力発生室 1 2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 3 2 1を有するよう にしたものであり、 連結部 3 2 1の近傍に下電極膜除去部 3 5 0の振動規制部 3 5 5 Aを形成している。振動規制部 3 5 5 Aは、 難形態 1 1と同様に、 幅が徐々 に狭くなると共に Ji ifが徐々に厚くなつている振動規制部となっている。
従って、 このような構造とすることにより、 実施形態 1 1と同様に、 連結部 3 2 1近傍での変位が規制され、 連結部 3 2 1近傍での破壊が防止される。
(難形態 1 3 )
第 2 1図には、 本発明の »形態 1 3に係るインクジェット式記録へヅドの要 部平面及びその R— R' 断面を示す。
本実施形態では、下電極膜除去部 3 5 0の一端部にある振動規制部 3 5 5 Bは、 幅が端部ほど徐々に狭くなつているが、 ilの変化はないものとなっている。 か かる構造は、 第 1 8図の開口 4 5 0の幅狭部 4 5 0 a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。
この場合にも、実施形態 1 1と同様に振動規制部 3 5 5 Bでの振動が規制され、 この振動規制部 3 5 5 B近傍での破壊等が防止される。
(鎌形態 1 4 )
第 2 2図には、 本発明の実施形態 1 4に係るインクジェット式記録へッドの要 部平面及びその S— S ' 断面を示す。
本実施形態では、下電極膜除去部 3 5 0の一端部にある振動規制部 3 5 5 Cは、 膜厚が端部ほど徐々に厚くなつている力、 振動の規制に直接関係がある圧力発生 室 1 2に対向する領域の部分では幅の変ィ匕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 3 2 0の幅方向端部から圧力発生室 1 2の縁部までの幅と同程度または大きくなる。 この場合にも、 実施形態 1 1と同様に振動規制部 3 5 5での振動が規制され、 この振動規制部 3 5 5 C近傍での破壊等が防止される。
なお、 かかる構造は、 振動規制部 3 5 5 Cに対応する部分に、 開口幅は変ィ匕し 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。
(麵形態 1 5 )
第 2 3図には、 本発明の実施形態 1 5に係るインクジェット式記録へッドの要 部平面図を示す。
本実施形態は、 振動規制部 3 5 5 Dを圧電体能動部 3 2 0の略中央部に設けた 例である。 例えば、 第 2 3図 （a ) に示すように、 圧電体會動部 3 2 0の略中央 部に連結部 3 2 1 Aを設けた場合、 連結部 3 2 1 Aの近傍に振動規制部 3 5 5 D を設けるようにしてもよい。 振動規制部 3 5 5 Dは、 連結部 3 2 1 A近傍の圧電 体能動部 3 2 0の幅方向両側及び連結部 3 2 1 Aの両側に形成されている。
また、 第 2 3図 （b ) に示すように、 コンタクトホール 9 0 aを圧電体能動部 3 2 0の略中央部に設けた場合、 コンタクトホール 9 0 a近傍、 すなわち、 圧電 体能動部 3 2 0の中央部の両側及びリ一ド電極 1 0 0の両側に振動規制部 3 5 5 Dを設けるようにしてもよい。
本 形態では、 実施形態 1 1と同様に、 圧電体能動部 3 2 0の両側に下 膜除去部 3 5 0を設け、 振動規制部 3 5 5 Dは下電極膜 6 0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 3 2 0の略中央部に向かって徐々 に幅を狭く且つ を厚く変ィ匕し、 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。
したがって、 この場合にも、 実施形態 1 1と同様に振動規制部 3 5 5 Dでの振 動が規制され、 この振動規制部 3 5 5 D近傍での 等が防止される。
(鎌形態 1 6 )
第 2 4図には、 実施形態 1 6に係るインクジェット式記録へッドの圧電体能動 部 3 2 0及び下電極膜除去部 3 5 0と圧力発生室 1 2との平面位置関係及び断面 を示す。 なお、 基本的構成は、 実施形態 1と同様であるので、 同一作用を示す部 材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
第 2 4図 （a ) に示すように、 圧電体膜 7 0および上 ma莫 8 0からなる圧電 体能動部 3 2 0は、 圧力発生室 1 2に対向する領域内設けられており、 圧力発生 室 1 2の幅より若干狭い幅で形成されている。 この上電棚莫 8 0上には、 絶縁体 層 9 0及びリ一ド m@ 1 0 0とが形成されおり、 圧電体能動部 3 2 0の一端部に 対応する絶縁体層 9 0にはリード β 1 0 0と上 S¾膜 8 0とを接続するための コンタクトホール 9 0 aが形成されている。
下電極膜除去部 3 5 0は、 圧力発生室 1 2の周壁との境界近傍に対向し、 且つ 圧電体肯 ¾動部 3 2 0の周囲に亘る領域に形成されている。
そして、 圧力発生室 1 2の周縁に対向する領域において、 コンタクトホール 9 0 aに近い圧電体能動部 3 2 0の端部近傍に、 第 2 4図 （b ) の T— T， 断面に 示すように、 圧力発生室 1 2に対向する領域の他の部分、 すなわち、 下電棚莫除 去部 3 5 0よりも相対的に厚さが厚い厚 fl莫部 3 7 0が形成されている。 本実施形 態では、 厚膜部 3 7 0は、 下電極膜 6 0を除去せずに残すことにより形成されて いる。つまり、 第 5図（c ) のステップで、 下 除去膜 3 5 0を形成する際に、 この部分の下 ¾¾莫6 0を残すようにする。
このような構成にすることにより、 圧電体能動部 3 2 0に電圧を印加して駆動 する際、 厚膜部 3 7 0により、 コンタクトホール 9 0 a近傍での振動板の振動が 規制されることにより、 圧電体能動部 3 2 0の破壊等を防止することができる。 また、 厚莫部 3 7 0により、 圧力発生室 1 2と周壁との境界内側に対向する領域 での振動板の耐久性が高められる。 特に、 本実施形態のように、 圧電体能動部 3 2 0の周囲に下^除去膜 3 5 0を形成したりすることにより、 振動板の剛性が 低下している場合には効果的である。
以上説明した本実施形態では、 下電極膜除去部 3 5 0を圧電体能動部 3 2 0の 周囲に亘つて形成し、 厚膜部 3 7 0を下 ¾S膜 6 0のみで形成したが、 これに限 定されるわけではない。 厚 B莫部 3 7 0は、 上述のように、 圧力発生室 1 2に対向 する領域内の他の部分よりも相対的に厚く形成されていればよく、 例えば、 下電 棚莫 6 0のみでなく、 圧電体膜 7 0及び上電極膜 8 0が残されていてもよく、 ま た、 例えば、 下電極膜 6 0又は下電極膜 6 0が除去された弾性膜 5 0上に、 絶縁 体層等の他の層を積層することにより、 他の部分よりも厚い厚膜部 3 7 0として もよい。
さらに、 下¾«莫除去部3 5 0は、 必ずしも形成されなくてもよく、 この場合 の厚膜部 3 7 0は、 例えば、 下電極 S莫 6 0上に圧電体膜 7 0さらに上 S¾膜 8 0 を残すことにより、 または、 例えば、 下 S@膜 6 0上に、 絶縁体層等の他の層を 積層することにより、 他の部分よりも相対的に厚く形成すればよい。
(鎌形態 1 7 )
形態 1 7の圧電体能動部 3 2 0及び下電極膜除去部 3 5 0と圧力発生室 1 2との平面位置関係を第 2 5図に示す。
本実施形態は、 第 2 5図に示すように、 圧力発生室 1 2の隅部に対向する領域 に形成された厚膜部 3 7 O Aの内縁を曲線で形成した以外は実施形態 1 6と同様 である。 また、 本実施形態では、 圧力発生室 1 2の他端部の隅部にも同様な厚膜 部 3 7 O Aを設けている。
このような構成にすることにより、 形態 1 6と同様の効果を奏することが でき、 また、圧力発生室 1 2のtli^部の境界近傍の振動板の耐久性が向上される。 さらに、 厚膜部 3 7 O Aの内縁を曲線状にし、 角部をなくしたことにより、 角部 での振動板のクラックの発生等を効果的に防止することができる。
(鍾形態 1 8 )
»形態 1 8の圧電体能動部 3 2 0及び下電極膜除去部 3 5 0と圧力発生室 1 2との平面位置関係を第 2 6図に示す。
本実施形態は、 圧電体能動部 3 2 0を構成する圧電体膜 7 0および上電棚莫 8 0を圧力発生室 1 2に対向する領域から周壁に対向する領域まで連続的に延設し、 リード電極 1 0 0と上 莫 8 0とのコンタクト部を周壁に対向する領域に設け た以外は、 実施形態 1 6と同様である。
すなわち、 第 2 6図に示すように、 圧電体能動部 3 2 0は、 基本的に圧力発生 室 1 2に対向する領域内に設けられ、 圧力発生室 1 2の一端部において、 圧電体 膜 7 0および上電極膜 8 0が周壁に対向する領域まで延設されて、 この圧力発生 室 1 2に対向する領域との境界近傍に連結部 3 2 1を有しており、 この連結部 3 2 1の近傍には厚膜部 3 7 0 Bが形成されている。 なお、 この厚膜部 3 7 0 Bは 上述した讓形態と同様に、 例えば、 下 莫 6 0を残すことにより形成される。 このような構成とすることにより、 形態 1 6と同様に、 厚 Ji莫部 3 7 0 Bに より圧電体能動部 3 2 0 Bの連結部 3 2 1近傍端での振動が抑制され、 振動板の 破壊等を防止することができる。 勿論、 厚膜部 3 7 0 Bを圧力発生室 1 2の他端 部にも設けてもよい。
(錢形態 1 9 )
形態 1 9の圧電体能動部 3 2 0及ぴ下電 ¾鄭余去部 3 5 0と圧力発生室 1 2との平面位置関係を第 2 7図に示す。 本難形態は、 第 2 7図に示すように、 下電棚鄭余去部 3 5 0を圧電体能動部 3 2 0に沿って溝状に形成し、 厚膜部 3 7 0 Cを、 圧力発生室 1 2の幅方向両側 の周壁との境界に対向する領域に、 長手方向に亘つて設け、 さらに、 圧力発生室 1 2内の圧電体能動部 3 2 0の端部を囲むように、 内縁を曲線状とした厚膜部 3 7 0 Dを設けた以外は、 形態 1 8と同様である。
したがって、 このような構成にすることにより、 厚膜部 3 7 0 C及び 3 7 0 D により、 圧力発生室 1 2の周壁との境界に対向する領域での振動板の破壊等を防 止することができる。
(他の実施形態）
以上、 本発明の各実施形態を説明したが、 ィンクジエツト式記録へッドの基本 的構成は上述したものに限定されるものではない。
例えば、 上述した封止板 2 0の他、 共通インク室形成板 3 0をガラスセラミツ クス製としてもよく、 さらには、 薄肉膜 4 1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。
また、 上述した実施形態では、 ノズル開口を 形成基板 1 0の端面に形成し ているが、 面に垂直な方向に接続するノズル開口を形成してもよい。
このように構成した実施形態の分解斜視図を第 2 8図、 その流路の断面を第 2
9図にそれそれ示す。 この実施形態では、 ノズル開口 1 1が圧電素子とは反対の ノズル基板 1 2 0に穿設され、 これらノズル開口 1 1と圧力発生室 1 2とを連通 するノズル連通口 2 2が、 封止板 2 0 , 共通ィンク室形成板 3 0及び薄肉板 4 1
A及びィンク室側板 4 O Aを貫通するように配されている。
なお、 本実施形態は、 その他、 薄肉板 4 1 Aとインク室側板 4 O Aとを別部材 とし、 インク室側板 4 0に開口 4 0 bを形成した以外は、 基本的に上述した^ 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。 ここで、 この実施形態においても、 実施形態 1〜1 9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両端部の剥がれおよ び割れを防止することができる。
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。 また、 以上説明した各実施形態は、 «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ヅト式記録へッドを例にしたが、 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 インクジエツト式記録へッドに本発明を採用することができる。
また、 圧電素子とリード 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 ¾®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。
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ヅ ト式言 3^へッドに応用することができる。
また、 これら各実施形態のィンクジェット式記録へヅ ドは、 インク力一トリヅ ジ等と連通するインク »を具備する言凝へッドュニットの一部を構成して、 ィ ンクジエツト式記録装置に搭載される。 第 3 0図は、 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。
第 3 0図に示すように、 インクジエツト式言己録へッドを有する記録へッドュニ ヅト 1 A及び 1 Bは、 ィンク供給手段を構成するカートリッジ 2 A及び 2 Bが着 脱可能に設けられ、 この記録へッドュニット 1 A及び 1 B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ヤリッジ軸 5に軸方向移動自在に設けられ ている。 この言 3録ヘッドユニット 1 A及び 1 Bは、 例えば、 それぞれブラヅクイ ンク糸誠物及び力ラ一ィンク組成物を吐出するものとしている。
そして、 駆動モー夕 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を介してキヤリヅジ 3に伝達されることで、 記録へヅドュニヅト 1 A及び 1 B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にはキヤリッジ軸 5に沿ってプラテン 8が設けられており、 図示しな t、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一ト Sがプラテン 8に 巻き掛けられて されるようになつている。
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、 圧電体能動部の両端部等の割 れ又は剥がれを防止することができる。

Claims

請求の範囲
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と、 該振動板上に 形成された圧電素子とを備え、 前記圧力発生室に対向する領域に前記圧電素子の 圧電体能動部を具備するィンクジエツト式記録へヅドにおいて、
tirt己振動板の少なくとも一部の振動を部分的に規制する振動規制部を前記圧力 発生室の周壁との境界近傍に設けたことを特徴とするィンクジエツト式記録へヅ 2 . 請求の範囲 1において、 前記振動板が、 少なくとも前 f電体能動部の幅方 向両側で前記圧力発生室の縁部に沿つた部分に、 当該圧電体能動部に対応する部 分の厚さより薄い薄肉部を有することを特徴とするインクジエツト式言 3^へッド。
3 . 請求の範囲 1又は 2において、 前記振動規制部は、 前言 3E電体能動部の端部 の長手方向外側及び両側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 録へッド。
4 . 請求の範囲 2において、 前記振動規制部は、 前記圧電体能動部の端部の長手 方向外側に設けられ、 当該振動規制部の両側の前記振動板は前記薄肉部となって いることを特徴とするインクジェット式言 へヅ ド。
5 . 請求の範囲 1又は 2において、 前記振動規制部は、 前言 BJE電体能動部の幅方 向両側の一部に設けられていることを特徴とするインクジエツト式言 へッド。
6 . 請求の範囲 2〜 5の何れかにおいて、 前記振動規制部は、 前記振動板の厚さ が前記薄肉部より厚レ、厚肉部であることを特徴とするインクジェット式記録へ、J、 ド
7 . 請求の範囲 1〜6の何れかにおいて、 前記振動規制部は、 当該振動規制部の 振動を規制する他の層を有することを ^とするインクジェット式言 へッド。
8 . 請求の範囲 1〜 7の何れかにおいて、 前記振動規制部は、 前記振動板上に不 活性な圧電体層を有する不活性部を具備することを特徴とするインクジェット式 言 へヅド。
9 . 請求の範囲 8において、 前記不活性部は、 前記圧電素子を構成する圧電体層 上の上電極を除去した部分又は圧電体層上に絶縁層を介して上^が設けられた 部分であることを特徴とするインクジエツト式言 へッド。
1 0 . 請求の範囲 1において、 前記振動規制部が、 前記圧力発生室とその周壁と の境界の内縁部の少なくとも一部に設けられて、 その全体 fllffが前記圧電体能動 部の周囲の全体 Ji!ifより厚レ、厚膜部であることを特徴とするインクジェット式記 録へヅド。
1 1 . 請求の範囲 1 0において、 前記厚膜部が、 前記圧電体能動部の幅方向両側 に設けられていることを特徴とするインクジエツト式記録へッド。
1 2 . 請求の範囲 1 0又は 1 1において、 前記圧力発生室の隅部に設けられた前 記厚膜部の内縁が曲線状となっていることを特徴とするインクジエツト式記録へ ッド。
1 3 . 請求の範囲 1 0〜1 2の何れかにおいて、 前記厚膜部は、 前記振動板、 前 記圧電体層及び前記上 ¾®からなることを特徴とするィンクジエツト式記録へッ ド
1 4 . 請求の範囲 1 0〜1 2の何れかにおいて、 前記厚膜部は、 前記振動板及び 他の層からなることを特徴とするインクジエツト式言 3^へヅド。
1 5 . 請求の範囲 1 0〜 1 2の何れかにおいて、 前記厚膜部は、 前記振動板から なることを特徴とするインクジェヅト式言 へヅ ド。
1 6 . 請求の範囲 1 0〜1 4の何れかにおいて、 前記圧電体能動部の周囲は、 実 質的に前記振動板からなることを特徴とするインクジェヅト式言 へヅド。
1 7 . 請求の範囲 1 0 ~ 1 5の何れかにおいて、 前記圧電体能動部の周囲は、 実 質的に前記振動板の SUPを相対的に薄くしたものであることを特徴とするインク ジエツト式記録へヅド。
1 8 . 請求の範囲 1 7において、 前記振動板は、 弾性膜と下電極とからなり、 前 記圧電体能動部の周囲は、 前記弾性膜のみからなることを特徴とするインクジェ ヅト式記録へッド。
1 9 . 請求の範囲 1又は 2において、 tiri己振動規制部は、 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設けられ、 当該腕部の膜 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ことを特徴とするィ ンクジエツト式言 3^へッド。
2 0 . 請求の範囲 1又は 2において、 tins振動規制部は、 tir i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設けられ、 当該腕部の幅 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ことを特徴とするイン クジエツト式言凝へヅド。
2 1 . 請求の範囲 1又は 2において、 前記振動規制部は、 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設けられ、 当該腕部の膜 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 制することを特徴とするインクジエツト式記録へヅド。
2 2 . 請求の範囲 2 0又は 2 1において、 前記腕部の幅は、 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 if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 ヅト式記録へッド。
2 3 . 請求の範囲 1 9〜2 2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 m¾からなり、 ΐΐΙ己腕部が本質的に前記弾性膜及び前記下 m¾からなり、 且つ前記振動規制部の Mi?の変化は前記圧電体層の,の変ィ匕で あることを特徴とするインクジエツト式言 へヅド。
2 4 . 請求の範囲 1 9〜 2 3の何れかにおいて、 前記振動板が前記弾性膜及び当 該弾性膜上に設けられた下 MSからなり、 前記腕部が本質的に当該弾性膜のみか らなり、 且つ前記振動規制部はさらに編 3下電極を有し、 当該振動規制部の i? 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ィンクジェット式記録 へヅ ド。
2 5 . 請求の範囲 1〜2 4の何れかにおいて、 前記圧電体能動部を構成する圧電 体層及び上電極が当該圧電体能動部の長手方向端部から前 §3E力発生室の周壁に 対向する領域まで連続的に設けられて連結部を構成し、 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に設けられていることを特徴とするイン クジエツト式言藤へヅド。
2 6 . 請求の範囲 2 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エツト式記録へッド。
2 7 . 請求の範囲 1〜2 5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その周壁から離れて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リード電極と当該圧電 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 クジエツト式言 へッド。
2 8 . 請求の範囲 2 7において、 前記コンタクト部は、 前言 BE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ィンクジエツト式記録へヅド。
2 9 . 請求の範囲 2 7又は 2 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エツト式記録へヅド。
3 0 . 請求の範囲 1又は 2において、 前言 31Ϊ電体能動部を構成する前記圧電体層 及び前記上電極が当該圧電体能動部の長手方向端部から前言 EE力発生室の周壁に 対向する領域まで連続的に設けられて連結部を構成し、 前記振動規制部は、 前記 圧力発生室の長手方向端部の少なくとも前記連結部が設けられた側に当該端部近 傍の少なくとも前記圧電体能動部上に積層されて前記振動板の振動を規制する振 動規制層であることを特徴とするインクジエツト式言 へッド。
3 1 . 請求の範囲 3 0において、 前記圧力発生室の少なくとも長手方向端部近傍 を覆うように積層された絶縁体層が前記振動規制層を構成することを特徴とする ィンクジエツト式記録へッド。
3 2 . 請求の範囲 3 0又は 3 1において、 前記圧電体能動部の少なくとも前記連 結部上に設けられて ヽる層が前記振動規制層を構成することを特徴とするインク ジエツト式記録へッド。
3 3 . 請求の範囲 3 2において、 前記上^の Mi¥を他の部分より大きくするこ とにより前記振動規制層を構成することを特徴とするインクジェット式記録へヅ
3 4. 請求の範囲 3 0〜3 3の何れかにおいて、 前記連結部は、 前言脏電体層及 び前記上電極の両者が前記圧電体能動部の主要部分より幅狭に形成されたもので あることを特徴とするインクジェヅト式言 3^へヅド。
3 5 . 請求の範囲 3 0〜3 4の何れかにおいて、 前記連結部は、 前記上電極のみ が前記圧電体能動部の主要部分より幅狭に形成されたものであることを特徴とす るインクジェヅト式言 へッド。
3 6 . 請求の範囲 3 0〜3 5の何れかにおいて、 前記圧電体能動部へ電圧を印加 するためのリード と前記上 ¾iとの接続を行うコンタクト部が、 前記圧力発 生室の周壁に対向する部分に設けられていることを特徴とするインクジエツト式 記録へッド。
3 7 . 請求の範囲 1〜 3 6の何れかにおいて、 前記圧力発生室がシリコン単結晶 基板に異方性ェヅ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へ ド。
3 8 . 請求の範囲 1〜 3 7の何れかのィンクジェット式記録へッドを具備する , とを特徴とするインクジエツト式 § 装置。
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