JP2000085124A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットプリンタの圧力室を形成する
アクチュエータ部の機械的強度、寿命の向上を図り、併
せてそのための製造方法を提供する。 【解決手段】１） 圧電素子の膜面に直行する断面を、
圧力室方向へ適切な角度で拡がった台形とする。 ２） 圧力素子の周囲に、それよりヤング率の低い物質
からなる保護膜を設ける。 ３） 圧電素子の断面の台形化（側壁面の傾斜化）にフ
ッ酸と硝酸を含有した溶液での処理を行なう。 ４） 圧電素子の膜面に直行する断面を、圧力室方向へ
適切な角度で拡がった台形とし、併せてその周囲にそれ
よりヤング率の低い物質からなる保護膜を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタに関し、特にそのヘッドのアクチュエータ部の圧
電素子の形状、構造及びそのための製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＯＡの発達のもと、インクジェッ
トプリンタが広く事務所、家庭等にて使用されている。

【０００３】ところで、インクジェットプリンタに用い
られるインクジェットヘッドには、近年の低騒音、高印
字品位等の要求のもと、いくつかの方式が提案されてい
るが、一般的には二つの方式に分けることができる。

【０００４】第１の方式は、インク流路（インク室）の
一部を圧電材料で形成する等し、その圧電材料に電気パ
ルスを印加して圧電材料を変形させ、インク流路の一部
を変形させ、ひいてはインク流路内に圧力パルスを発生
させ、この圧力パルスによりノズルからインク滴を吐出
させる方式である。

【０００５】第２の方式は、インク流路内に発熱抵抗体
を形成し、その発熱抵抗体に電気パルスを印加して発熱
させ、インク流路内のインクを沸騰させ、ひいては蒸気
バブルを発生させ、この蒸気バブルによりノズルからイ
ンク滴を吐出させる方式である。

【０００６】本発明はそのうち第１の方式のインクジェ
ットプリンタのうち、圧力室の一部を形成するアクチュ
エータと言われる部分を振動させて圧力室に圧力を発生
させてインクを吐出させるタイプのものに関するため、
以下、このタイプのインクジェットプリンタやこれに関
する技術（ただし、本発明の都合で「従来の技術」欄に
記載するものであり、その全てが公知とは限らない）
を、図を参照しつつ少し詳しく説明する。

【０００７】図２は、この方式のインクジェットプリン
タのヘッドの１素子（アクチュエータ、インク室及びノ
ズル部分等の一揃いからなるインクジェットヘッド）の
振動方向そして印刷する紙面に直交する方向の基本的な
断面を示したものである。

【０００８】本図において、１は２μｍ程度の厚さのＣ
ｒ板（膜）からなる振動板兼圧力室側電極である。２
は、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴと記載する）
からなる圧電素子である。３は、０．１μｍ程度の厚さ
のＰｔからなる反圧力室側電極である。４は、２００μ
ｍ程度の厚さの感光性ガラスからなる圧力室部品であ
る。５は、多数のＳＵＳ薄板を貼り合わせてなるインク
流路部品である。６は、２０μｍ程度の厚さのポリイミ
ドからなるノズル板である。７は、ノズル孔である。８
は、インクをノズルより吐出さすための圧力の発生する
圧力室（インク室）である。

【０００９】以上の構成で、Ｃｒ製の振動板とＰｔ製の
電極とに所定のパルス状の電圧を加えると、ＰＺＴから
なる圧電素子が面方向に収縮し、ひいてはアクチュエー
タ部がバイメタル効果で圧力室側へ凸出するように変形
する。

【００１０】そしてこれにより生じた圧力で、圧力室内
の所定量のインクがインク流路部品内の突出用インク流
路９を経由してノズル板に設けられたノズル９より外部
（紙面上）へ突出し、紙面にドット状にインクが付着す
る。

【００１１】更に、実際のインクジェットプリンタのヘ
ッドにおいては、図３に上部から見た一例を示すが、多
数のインクジェットヘッドの素子が所定のパターンで配
列されており（ただし、図３では煩雑となるため、多数
並行に配列された短冊上のインクジェットヘッドの素子
のうち３個のみを示している。）、それらの素子が紙送
りと連動したプログラムにのっとって、紙面上を主走査
方向又は／及び副走査方向に動き、この際所定の位置で
所定の素子がインクの吐出を行うことにより印字がなさ
れる。

【００１２】更にまた、例えばブラック、シアン、マゼ
ンタ、イエローの各色彩のインクを吐出するインクジェ
ットヘッドを装着して、専用のプログラムでインクの吐
出を行う等することにより、文字のみならず絵等のカラ
ー印刷もなされる。

【００１３】次に、この従来例のインクジェットヘッド
のアクチュエータ部を中心とした製造方法について、図
４を参照しつつ説明する。

【００１４】（ａ） ＳｉＯ₂ 等のセラミックや感光性
ガラス等からなる基板、振動板、圧力室部品等に、Ｃｒ
製下部電極、ＰＺＴからなる圧電素子膜、Ｐｔ薄膜を順
に（本図の如く感光性ガラス等からなる圧力室部品を兼
ねた基板の場合には、下からこの順に）、いわゆる面一
に形成する。

【００１５】（ｂ） ついで、Ｐｔ薄膜、ＰＺＴからな
る圧電素子膜の不必要部分をレーザ、その他イオンや超
音波等の機械的手段で除去して個別化し、各ノズル、圧
力室に対応した上部電極、圧電素子にする。

【００１６】そして更に、各部の結線等の必要な処理が
なされて、インクジェットヘッドが製造される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら特に近
年、更なる小型化、高性能化を目指して振動板や圧電体
素子等を微細（小型精密）加工しやすい薄膜として形成
する事が試みられるようになってきているが、単に従来
のアクチュエータ部の材質、形状、構造及びそのための
製造方法やその延長の技術でそのようにするだけでは、
微細化のためどうしても各部の各種強度が低下し、ひい
ては製品寿命の低下等が避けられない。

【００１８】また、素子作成の際の生産性も低下しかね
ない。

【００１９】このため、単に小型化や低コストそしてイ
ンク吐出量の制御性等が高性能となるのみならず、それ
らに充分対応して各部の強度等が優れ、また製造も容易
なインクジェットヘッドが、そして更には小型、低コス
ト、製品寿命が長く、性能も優れたインクジェットプリ
ンタの開発が望まれていた。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題に
鑑みなされたものであり、インクジェットヘッドのアク
チュエータ部、特に圧電素子部の形状や構造、更にはそ
のような形状や構造とするための製造方法に創意工夫を
こらしたものである。

【００２１】具体的には以下の構成としている。

【００２２】請求項１記載の発明においては、原則とし
て複数のアクチュエータ部のパターンに対応して設けら
れた圧力室側の電極と、圧電素子膜（アクチュエータ部
の圧電素子を形成することとなるＰＺＴ膜）に直交する
方向（従って、アクチュエータ部の振動方向、図２では
インクを吐出する方向）の断面が前記圧力室側の電極側
に広がった台形である圧電素子と、反圧力室側の電極と
を有していることを特徴としている。

【００２３】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００２４】圧電素子は、断面が共通電極側に広がった
台形であるため、インクの吐出に伴う変形時に、ヤング
率の高い物質からなる圧力室側の電極との接合部が急で
なく、ひいては過度の応力の集中が生じないこと、製造
等何らかの理由で側壁部に生じた応力を面積が拡がるた
め分散させることのため、各種強度が向上する。また、
併せてアクチュエータ部（圧力室側の電極、反圧力室側
の電極を含む。）の各種強度も向上する。

【００２５】請求項２記載の発明においては、前記圧電
素子は、その断面の台形の斜辺の圧力室側電極に対する
傾斜角、あるいはその周囲側（壁）面が圧力室側電極に
対すしてなす傾斜角が、２０度以上６０度以下である適
切傾斜角断面型圧電素子であることを特徴としている。

【００２６】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００２７】圧電素子は、その断面の台形の斜辺の圧力
室側共通電極に対する傾斜角が２０度以上６０度以下で
ある適切傾斜角断面型圧電素子であるため、アクチュエ
ータ部の各種強度、そして製品寿命が向上するだけでな
く、所定の電気パルスによるインク室側への突出、歪の
量や応答性も、ひいてはインクの吐出量も適切なものと
なる。

【００２８】請求項３記載の発明においては、圧力室側
の電極の反圧力室側かつ圧電素子の外周部に該圧電素子
よりもヤング率の低い物質、例えばポリイミド等、から
なる保護膜を有していることを特徴としている。

【００２９】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００３０】保護膜は、製造時に過誤等何らかの原因で
加わる機械的外力、異物から圧電素子を保護するだけで
なく、製造方法によっては、製造時に個別化された圧電
素子の上表面（反地球側）に例えば（反）圧力室側電極
用の薄い金属膜を形成、付設等する際に、個別化された
圧電素子の頂面間から該膜材料が垂れ下ったり、そのよ
うな状態となるのを防止する。このため、圧力室側電極
用の金属膜を形成する際に、薄いＣｒ膜は個別化された
圧電素子の上表面から垂れ下がらず平坦（平面）化さ
れ、振動時に２次的に無理な応力も発生しない。

【００３１】また、そのヤング率が圧電素子よりも小さ
いため、インク吐出のための変形時に圧電素子に無理な
力をかけないだけでなく、圧力室側電極と圧電素子側面
部の機械的接続あるいは力の伝達を連続にして、圧電素
子の周囲下部がＣｒ等高強度の圧力室側電極から過度の
応力を集中して受けるのを和らげる。

【００３２】請求項４記載の発明においては、保護膜
は、そのヤング率が圧電素子の１／２０以下１／５０以
上、好ましくは１／２５以下１／４０以上、更に好まし
くは１／３３前後の物質からなる適切ヤング率保護膜で
あることを特徴としている。

【００３３】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００３４】適切ヤング率保護膜であるため、材料の選
定に楽（例えばレジスト、ポリイミド等でよい）、しか
も変形時に圧電素子周辺の圧力室側（下部）に加わる応
力集中を一層緩らげる。

【００３５】請求項５記載の発明においては、圧力室側
の電極と、圧電素子膜に直交する方向の断面が前記圧力
室側の電極側が１２０度から１６０度の範囲内で狭まっ
た台形である圧電素子と、反圧力室側の電極と、前記圧
力室側の電極の反圧力室側かつ圧電素子の外周部に存在
する該圧電素子よりもヤング率の低い物質からなる保護
膜とを有していることを特徴としている。

【００３６】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００３７】請求項３の発明と同じく保護膜が各種の技
術的効果を発揮する。このため、圧電素子側面と圧力室
側の電極との接合部が急（９０度以上の角度）であるに
もかかわらず、圧電素子そしてアクチュエータ部の各種
強度が向上する。

【００３８】請求項６記載の発明においては、保護膜
は、そのヤング率が圧電素子の１／２０以下１／５０以
上、好ましくは１／２５以下１／４０以上、更に好まし
くは１／３３前後の物質からなる適切ヤング率保護膜で
あることを特徴としている。

【００３９】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００４０】請求項４の発明と同様の作用がなされ、効
果がえられる。

【００４１】請求項７記載の発明においては、圧力室側
の電極と、圧電素子膜に直交する方向の断面が圧力室側
に拡がった台形である圧電素子と、反圧力室側の電極若
しくはこれらに加えて前記圧力室側の電極の反圧力室側
かつ前記圧電素子の周囲に該圧電素子よりもヤング率の
低い物質からなる保護膜とを有しているインクジェット
ヘッドの製造方法であって、上記圧電素子の側面に傾斜
をつけてその膜面に直交する方向の断面を圧力室側に拡
がった台形にするために、フッ酸と硝酸を含有した溶液
等の強酸で反圧力室側から、傾斜した側面をエッチング
で溶融、処理して形成する強酸使用台形成形ステップを
有していることを特徴としている。

【００４２】上記構成により、以下の作用がなされる。
圧力室側の電極と、圧電素子膜に直交する方向の断面が
圧力室側に拡がった台形である圧電素子と、反圧力室側
の電極若しくはこれらに加えて前記圧力室側の電極の反
圧力室側かつ前記圧電素子の周囲に該圧電素子よりもヤ
ング率の低い物質からなる保護層を有しているインクジ
ェットヘッドの製造方法における強酸使用台形成形ステ
ップにて、圧電素子の側面に傾斜をつけてその圧電素子
膜に直交する方向の断面を（圧電素子を圧力室部品等に
取り付けた状態で）圧力室側に拡がった台形にするため
に、酸に強い等所定の性質を有するレジストをつけた圧
電素子を、フッ酸と硝酸を含有した溶液等の強酸でレジ
スト間からエッチング処理にて溶融し、その側面に反マ
スク側ほど狭い傾斜をつける処理を行う。

【００４３】しかる後、更に保護膜の形成等のステップ
を踏んでインクジェットヘッドが製造されることにな
る。

【００４４】請求項８記載の発明においては、圧力室側
の電極と、その圧電素子膜の面に直交する方向の断面が
圧力室側に１２０度から１６０度の範囲内で狭まった台
形である圧電素子と、反圧力室側の電極と、圧力室側の
電極の反圧力室側かつ圧電素子の外周部に該圧電素子よ
りもヤング率の低い物質からなる保護膜とを有している
インクジェットヘッドの製造方法であって、上記圧電素
子の側面に傾斜をつけてその断面を台形にするために、
（圧電素子が、圧力室側の電極に固着されていない状態
で）フッ酸と硝酸を含有した溶液等の強酸で傾斜した側
面をエッチングで形成する処理を行う強酸使用台形成型
ステップと、前記強酸使用台形成型ステップにて成形し
た台形の圧電素子を、その狭まった方の面を転写若しく
は接合により圧力室側の電極に付着させる台形反転ステ
ップとを有していることを特徴としている。

【００４５】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００４６】強酸使用台形成型ステップにて、請求項７
の発明と同じ処理がなされる。

【００４７】台形反転ステップにて、前記強酸使用台形
成型ステップにて成型した台形の圧電素子を、その狭ま
った方の面を転写若しくは接合により圧力室側の電極に
付着させる。

【００４８】そしてこれにより、共通電極側が狭くなる
よう側面が傾斜した形式で圧電素子が圧力室側の電極に
接合される。

【００４９】なお、これら両ステップの間若しくはその
後に、保護膜の形成ステップもなされることとなる。

【００５０】請求項９記載の発明においては、保護膜の
材料として、そのヤング率が、上記圧電素子の１／２０
以下１／５０以上、好ましくは１／２５以下１／４０以
上、更に好ましくは１／３３前後の物質を選定する保護
膜物質選定ステップを有していることを特徴としてい
る。

【００５１】上記構成により、以下の作用がなされる。

【００５２】上記保護膜の材料として、保護膜物質選定
ステップにて、そのヤング率が、上記圧電素子の１／２
０以下１／５０以上の物質が選定され、この材料を側面
が傾斜した圧電素子の周囲に塗布等することにより、保
護膜が形成される。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態に
基づいて説明する。

【００５４】（第１実施例）図１は、本発明に係るイン
クジェットヘッドのアクチュエータ部の第１実施例の構
成を概念的に示したものである。

【００５５】なお、本実施例のインクジェットヘッドの
アクチュエータ部、特に圧電素子を除く各部は、基本的
には図２に示すインクジェットヘッドの各部と異ならな
い。このため、本図１においても、それら各部は図２と
同一の符合を付すことにより、その説明は省略する。

【００５６】また、圧力室を形成するガラス板と振動板
兼下部電極との接合等は本発明の趣旨に直接の関係はな
いこと、公知の技術が多数あること等のため、説明は省
略する。

【００５７】以下、本発明に関係の深い事項に絞って説
明する。そしてこれらのことは、他の実施例でも同様で
ある。

【００５８】本図の１は、振動板兼圧力室側（下部）電
極である。１０２は、圧電素子である。３は、反圧力室
側（上部）の個別電極である。

【００５９】本図に示す様に、本実施例のアクチュエー
タ部の圧電素子は、その膜面に直交する方向、そしてア
クチュエータの振動する方向の断面が、振動板兼圧力室
側電極側に拡がった台形である。またこのため、その側
（壁）部の面は、振動板兼圧力室側電極の膜面に対して
傾斜をなす構造としている。

【００６０】以下、この実施例のインクジェットヘッド
のアクチュエータ部を中心とした製造方法について、こ
の概略の製造手順を示した図５を参照しつつ説明する。

【００６１】（ａ） 圧力室部品上に、下（圧力室側）
から順にＣｒ膜４４、ＰＺＴ膜４３、Ｐｔ膜４２が形成
された状態のインクジェット部品の最上部のＰｔ膜に、
上部電極を圧力室のパターンに沿って個別化するため、
レジストにて圧力室よりも少し狭いマスク５１をかけ
る。なおこ状態の圧力室部品の製造は、いわゆる周知技
術であるため、その説明は省略する。更に、実際には例
えばＣｒ膜とＰＺＴ膜との接合性を改善するために両膜
間に非常に薄い下地（媒介）膜が形成されたりするが、
これらは本発明の趣旨に直接の関係はない。このため、
それらについても図示や説明は省略する。

【００６２】（ｂ） （ａ）の状態で、ＲＩＥ（リアク
ティブ・イオン・エッチング）で、圧力室に対応した上
部電極３の形成（個別化）を行なう。なお、この後、前
述のレジストは除去される。

【００６３】（ｃ） 不必要な部分のＰＺＴをエッチン
グで除去するため、上部電極の上面及び側面並びにＰＺ
Ｔ膜上面の上部電極外周部に少しはみ出した部分に、酸
に強いレジスト５２を塗布する。

【００６４】（ｄ） レジストの塗布されていない部分
のＰＺＴ５３を、強酸を使用したエッチングで除去す
る。

【００６５】（ｅ） 圧力室に対応して、上部電極及び
側面が圧力室側に拡がって傾斜した圧電素子が形成され
る。

【００６６】次に、図６を参照しつつ、この（ｄ）と
（ｅ）での圧電素子の側壁面の傾斜化の内容について説
明する。

【００６７】本図６において、４４は、圧力側電極とな
るＣｒ膜である。４３は、圧電素子となるＰＺＴ膜であ
る。３は、上記（ｄ）の段階では既に個別化された上部
電極である。５２は、レジストである。

【００６８】そしてこのレジスト間のＰＺＴ膜面を、フ
ッ酸と硝酸を含有した溶液にさらして、不必要なＰＺＴ
を溶融、除去していく。

【００６９】ところでこの際、本図の３本の等時刻浸食
線にて示すごとく、液に曝される時間との関係であるい
は反応の進行路との関係で、溶融、除去される部分は上
部ほど広く、下部ほど狭くなる。

【００７０】このため、圧電素子の側面は必然的に下方
に拡がった形状となり、傾斜化されることとなる。（な
お、現実には、圧電素子の断面は完全な台形でなく、例
えば図７の（ａ）、（ｂ）に示すように多少複雑な形状
となっていることも多々ありうる。しかし、これらの場
合には、傾斜角とは上下の水平面部近傍の狭い部分２
１、２２を除外した傾斜側面中央の主要部分２３の角を
いうものとする。即ち、多少の均一性からのズレや凹凸
は無視する。） 次に、この場合の強度について説明する。

【００７１】表１に、側面の基板になす角度と寿命との
関係の高速振動（１００万Ｈｚ）試験結果を示す。ここ
に寿命は、３μｍの厚みのＰＺＴ薄膜に５０Ｖの電圧を
加え、振動変位が初期値の８０％となる振動回数とし
た。

【表１】

【００７２】本表１により、傾斜角度を９０度より小さ
くすることでその寿命が増加し、特に６０度以上から寿
命が大きく増すことがわかる。（なお、これは厳密には
実際の使用条件とは異なるが、経験及び技術常識より実
際とそう大きな相違がないと言えるのは勿論である。） この理由であるが、図８の（ａ）に示すようにＣｒ製振
動板と圧電素子との接合が急（９０度前後）であると、
圧電素子の外周部の下部２４は、振動時にＣｒ製振動板
から大きな引張力を受ける一方でその上面部２５は収縮
するため、大きな応力を受けることとなる。（なおこの
際、上部電極は圧電素子に比較して非常に薄くしかもヤ
ング率もＣｒより小さいＰｔやＡｇであるため、この影
響は事実上無視しうるであろう。） しかし、（ｂ）に示すように側面が傾斜していると、外
周部の下部はその上部が収縮するため受ける力は、距離
Ｌが大となることもあり、比較的少なく、ひいては圧電
素子全体に加わる力が緩やかとなること、幾何学的形状
の変化も少なくなるため応力集中も少なくなることのた
めと思われる。

【００７３】また、製造時における基板からの転写やス
パッタリング、その他各膜相互の作用等にて、特に圧電
素子の側面には大きな残留応力が存在したり、応力が発
生したりしうるが、側面が傾斜することによりその面積
が広いと、それらの応力を和らげることによるものと思
われる。

【００７４】この一方、傾斜角度を持たせた場合の振動
の振幅の初期値は、傾斜角が９０度より小さくなるほど
小さくなる。

【００７５】すなわち、実験では、９０度の傾斜角での
振幅と比較して、角度が２０度までは振幅の低下が２０
％以下であったが、角度が１０度となった場合には、振
幅が約５５％まで低下した。

【００７６】この理由であるが、図９に示すように、Ｃ
ｒ製振動板に比較して圧電素子が薄く、またその上部に
電極が存在しないためバイメタル効果に（あまり）寄与
しないと思われる側面の傾斜部の下部が広いだけ振動板
の振動が邪魔されるからと思われる。

【００７７】また、圧力室の側壁部のＣｒ製振動板は側
壁に拘束されるためそう変形しないあるいは変形しにく
いであろうし、この部分に圧電素子が存在しても、そう
大きな意味もない。

【００７８】以上の結果、大きな振幅がとれると共に寿
命が増加するためには、２０〜６０度の範囲で側面を傾
斜させることが有効であるのが判明した。

【００７９】（第２実施例）以下、本発明をその第２実
施例に基づいて説明する。

【００８０】本実施例は、基本的には先の第１実施例と
同じである。ただし、圧電素子の側壁面に、図１０に示
すように加工した圧電薄膜の周囲を圧電薄膜よりヤング
率の低い、つまり剛性の小さい保護用物質の膜、例えば
ポリイミド樹脂の膜１１が存在するのが相違する。

【００８１】なお、このアクチュエータ部は、図５の
（ｅ）に示す状態で、その断面が台形の状態で個別化さ
れて形成された圧電素子間のスペースをスピンコートに
よりポリイミド樹脂で充たすことにより製造される。

【００８２】そして、これにより、製造時等における何
らかの原因による異物の接触などの際に圧電素子を機械
的、物理的に保護する。

【００８３】また、アクチュエータの強度を向上させて
製品寿命を延ばすことができるのも判明した。その試験
結果を、表２に示す。なお、試験条件は先の第１実施例
と同じである。

【表２】

【００８４】その理由であるが、図１１に示すようにア
クチュエータ部が歪んだ際に、ＰＺＴ側壁部の上部、中
部を介してその収縮や応力ｆをＣｒ振動板の外周部に伝
え、これにより側壁部の下部等に生じる大きな応力を緩
和することが寄与するものと思われる。

【００８５】また、振動に伴いＣｒ振動板から突発的な
応力を受けたり、内部で突発的な応力が発生したりする
が、Ｃｒ振動板や他の圧電素子と連続させることによ
り、これらの力を緩和するためとも思われる。

【００８６】さらにこれらの作用の際、圧電素子の側壁
が傾斜しているため接触面積もそれだけ増加し、これが
無理のない収縮や応力の伝達に都合よく作用するものと
思われる。

【００８７】なお、本実施例では、図に示すように圧電
素子の外周部近くの上面にまでポリイミド樹脂が塗布さ
れているが、異物の接触防止及び接触面積の増加という
面からは好ましいのは勿論である。

【００８８】なおまた、このポリイミド樹脂は、そのヤ
ング率がＰＺＴの約１×１０¹¹Ｎ／ｍ² に対して約３×
１０⁹ Ｎ／ｍ² と１／３３であるため、アクチュエータ
の振動に悪影響を及ぼさないのは勿論である。

【００８９】更に、厳密に１／３３あるいはその前後
（±５パーセント）でなくても、大凡その２／３〜３／
２（１／２０以下１／５０以上）の範囲内、より確実に
はその３／４〜４／３（１／２５以下１／４０以上）の
範囲内であれば、アクチュエータの振動に悪影響を及ぼ
さずしかも保護効果を得られるようである。

【００９０】（第３実施例）以下、本発明を、その第３
実施例に基づいて説明する。

【００９１】本実施例においては、断面が台形の圧電素
子を、長辺が上、短辺が下（圧力室側）と、言わば上下
逆向きにしているのが第１、第２実施例と相違する。

【００９２】図１２に示す様に、圧電素子１０２１は、
その側壁面の傾斜角が９０度以上、つまり圧力室側の面
が反圧力室側の面よりも小さい（狭い）。そしてこの場
合でも、下部電極膜上の圧電素子間のスペースをポリイ
ミド樹脂で充たすと、強度や製品寿命等の向上につい
て、先の第２実施例と同様の効果が見られた。

【００９３】特に、側壁面のなす角度が１２０度から１
６０度の範囲内で周囲をポリイミド樹脂で埋めることに
よって圧電素子のダメージを防止し、良好な振動特性及
び寿命を得ることができた。

【００９４】その試験結果を、表３に示す。なお、試験
条件は先の第１、第２実施例と同じである。

【表３】

【００９５】この理由であるが、第２実施例と同じくポ
リイミド樹脂が圧電素子の上、中部の大きな収縮をＣｒ
振動板に円滑に伝えるためと思われる。

【００９６】なお、現行のプロセスでは、側面の傾斜を
９０度以上とするのは容易でないため、一旦２０〜６０
度までの角度を持って微細加工したものを圧力室側に転
写、接合することによって製造した。

【００９７】以下、この概略の製造方法について、図１
３を参照しつつ説明する。

【００９８】（ａ） まず、ＭｇＯ基板４１全面へ、ス
パッタリング等にてＰｔ薄膜４２を上部（反圧力室側）
電極形成用に付着させる。

【００９９】（ｂ） エッチング等により、ＭｇＯ基板
上のＰｔ薄膜を圧力室パターンに従って個別化して上部
電極３を形成する。

【０１００】（ｃ） ＭｇＯ基板そしてその上の上部電
極の全面に、スパッタリング等によりＰＺＴ膜層４３を
付着させる。

【０１０１】（ｄ） ＭｇＯ基板４１上に形成されたＰ
ＺＴ膜４３に圧力室パターンに沿ってのレジスト５２を
塗りエッチングすることにより、圧電素子１０２の個別
化をなしつつその側面に傾斜をつける。

【０１０２】（ｅ） 個別化され側面に傾斜をつけられ
た圧電素子間のスペース及び上部個別電極間にポリイミ
ド樹脂１１を、スピンコートにて充填する。

【０１０３】（ｆ） この状態で、Ｃｒ膜４４の形成さ
れた感光性ガラス４に、そのＣｒ膜に圧電素子とポリイ
ミド樹脂を向き合わせてＭｇＯ基板ごと固着する。この
後、ＭｇＯ基板を熱燐酸で溶融して除去する。

【０１０４】（従って、この場合には、ポリイミド樹脂
は、上部電極に面一になる。）しかる後、紫外線露光機
による露光後、３％ＨＦ液で溶融、除去して感光性ガラ
スの圧力室に相当する部分を除去する等の処理がなし、
最終的にプリンタヘッドを完成した。

【０１０５】以上、本発明をその実施の形態、実施例に
基づいて説明してきたが、本発明は何もこれらに限定さ
れるものでないのは勿論である。

【０１０６】すなわち、例えば以下のようにしてもよ
い。

【０１０７】１） 振動板兼下部電極をＴｉにより製造
する等、各部を実施例等と異なる材質としている。

【０１０８】あるいはまた、セラミック製振動板に下部
電極を形成する等、各部を実施例等と異なる構造として
いる。

【０１０９】２） 振動板兼下部電極を各圧力室ごとに
個別化して、相互に振動に伴う歪みや応力が無関係とな
るようにしている。

【０１１０】３） 上部個別電極は圧電素子より小面積
でなく、同じ面積としている。

【０１１１】また、その側部を傾斜させたり、薄い膜面
の隅角部に丸みをつけたりしている。

【０１１２】４） 同じく、他の製造方法や溶液を使用
したりして製造（形成）している。

【０１１３】５） 寸法等は、インクジェットヘッドを
採用するプリンタの用途等に応じてより大あるいは小と
している。

【０１１４】同じく、各部の膜厚もそれらの材質等に応
じて適宜実施例と別としている。

【０１１５】６） 第３実施例において、（ｅ）の処理
の後、ポリイミド樹脂とＰＺＴとで平滑となった面にＣ
ｒ膜をスパッタリングや接着にて形成する。すなわち、
他の製造方法としている。

【０１１６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本説明によれ
ば圧電素子の形状やポリイミド樹脂膜の存在により、単
に強度、寿命（耐疲労）に優れた圧電素子を、ひいては
インクジェットヘッドを提供しうるだけでなく、小型駆
動やインク吐出量の制御が容易、低電力消費、低騒音の
圧電／電歪素子、インクジェットヘッドを、ひいてはプ
リンタを提供しうる。

【０１１７】そしてまた、当然、安価となる圧電素子、
インクジェットヘッドひいてはプリンタを提供しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる圧電素子の第１実施例におい
て、その断面が台形をしているのを概念的に示す図であ
る。

【図２】 従来技術に係るインクジェットヘッドの圧力
室と圧電素子部を中心とした構成図である。

【図３】 インクジェットヘッドに素子がパターン化さ
れて多数配列されている様子の１例を示す図である。

【図４】 従来技術に係わるインクジェットヘッドの製
造方法を示す図である。

【図５】 本発明に係わるインクジェットヘッドの第１
実施例の製造方法を示す図である。

【図６】 本発明に係わるインクジェットヘッドの第１
実施例の製造方法において、圧電素子の周囲側壁面に傾
斜をつけるための処理の原理を示す図である。

【図７】 圧電素子の周囲側壁の傾斜角の内容を示す図
である。

【図８】 周囲側壁の傾斜角の存在が、圧電素子やアク
チュエータの強度を向上させる理由を説明するための図
である。

【図９】 周囲側壁の傾斜角の存在が、アクチュエータ
の振動特性に影響を及ぼす理由を説明するための図であ
る。

【図１０】 本発明に係る圧電素子の第２実施例におい
て、その周囲を保護膜でとりまかれている様子を概念的
に示す図である。

【図１１】 上記実施例において、保護膜が圧電素子と
Ｃｒ振動板間の歪み、応力の伝達をしている様子を概念
的に示す図である。

【図１２】 本発明に係る圧電素子の第３実施例におい
て、その断面が逆台形の圧電素子と、その周囲にある保
護膜を概念的に示した図である。

【図１３】 上記実施例のインクジェットヘッドの概略
の製造方法を示す図である。

【符合の説明】

１ 振動板兼圧力室側電極 ２ 圧電素子 ３ 個別化された反圧力室側電極 ４ 圧力室部品 ５ インク流路部品 ６ ノズル板 ７ ノズル孔 ８ 圧力室（インク室） ９ インク流路 １１ ポリイミド樹脂膜 ３１ 基板 ３２ インクジェットヘッドの素子 ４１ ＭｇＯ基板 ４２ Ｐｔ膜 ４３ ＰＺＴ膜 ４４ Ｃｒ膜 ５１ マスク ５２ レジスト ５３ ＰＺＴ膜のうち取り去られる部分 １０２ 本発明に係わる圧電素子 １０２１ 本発明に係わる圧電素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF23 AF65 AF91 AF93 AG38 AG44 AG90 AG92 AG93 AP02 AP52 AQ01 BA04 BA14

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力室側の電極と、 その膜面に直交する方向の断面が、前記圧力室側の電極
   側に広がった台形である圧電素子と、 反圧力室側の電極とを有していることを特徴とするイン
   クジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記圧電素子は、 断面の台形の斜辺の圧力室側電極に対する傾斜角が２０
   度以上６０度以下である適切傾斜角断面型圧電素子であ
   ることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 前記圧力室側の電極の反圧力室側かつ圧
   電素子の外周部に、該圧電素子よりもヤング率の低い物
   質からなる保護膜を有していることを特徴とする請求項
   １若しくは請求項２記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記保護膜は、 そのヤング率が圧電素子の１／２０以下１／５０以上の
   物質からなる適切ヤング率保護膜であることを特徴とす
   る請求項３記載のインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 圧力室側の電極と、 その膜面に直交する方向の断面が、前記圧力室側の電極
   側に１２０度から１６０度の範囲内で狭まった台形であ
   る圧電素子と、 反圧力室側の電極と、 前記圧力室側の電極の反圧力室側かつ圧電素子の外周部
   に存在しかつ該圧電素子よりもヤング率の低い物質から
   なる保護膜とを有していることを特徴とするインクジェ
   ットヘッド。
6. 【請求項６】 前記保護膜は、 そのヤング率が圧電素子の１／２０以下１／５０以上の
   物質からなる適切ヤング率保護膜であることを特徴とす
   る請求項５記載のインクジェットヘッド。
7. 【請求項７】 圧力室側の電極と、その膜面に直交する
   方向の断面が圧力室側へ拡がった台形である圧電素子
   と、反圧力室側の電極若しくはこれらに加えて前記反圧
   力室側の電極の反圧力室側かつ圧電素子の周囲に該圧電
   素子よりもヤング率の低い物質からなる保護膜を有して
   いるインクジェットヘッドの製造方法であって、 上記圧電素子の側面に傾斜をつけてその膜面に直交する
   方向の断面を圧力室側へ拡がった台形にするために、フ
   ッ酸と硝酸を含有した溶液等の強酸で反圧力室側となる
   方向からエッチングすることにより、傾斜した側面を形
   成する強酸使用台形成型ステップを有していることを特
   徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 圧力室側の共通電極と、その膜面に直交
   する方向の断面が圧力室側に１２０度から１６０度の範
   囲内で狭まった台形である圧電素子と、反圧力室側の電
   極と、前記圧力室側の電極の反圧力室側かつ圧電素子の
   外周部に該圧電素子よりもヤング率の低い物質からなる
   保護膜を有しているインクジェットヘッドの製造方法で
   あって、上記圧電素子の側面に傾斜をつけてその膜面に
   直交する方向の断面を台形にするために、フッ酸と硝酸
   を含有した溶液等の強酸でエッチングすることにより、
   傾斜した側面を形成する強酸使用台形成型ステップと、
   前記強酸使用台形成型ステップにて成形した断面が台形
   の圧電素子を、その狭まった方の辺に相当する面を転写
   若しくは接合により圧力室側の電極に付着させる台形反
   転ステップとを有していることを特徴とするインクジェ
   ットヘッドの製造方法。
9. 【請求項９】 上記保護膜の材料として、 ヤング率が、上記圧電素子の１／２０以下１／５０以上
   の物質を選定する保護膜物質選定ステップを有している
   ことを特徴とする請求項７若しくは請求項８記載のイン
   クジェットヘッドの製造方法。