CN111376596A - 液体喷射头、液体喷射装置以及压电器件 - Google Patents

液体喷射头、液体喷射装置以及压电器件 Download PDF

Info

Publication number
CN111376596A
CN111376596A CN201911336117.6A CN201911336117A CN111376596A CN 111376596 A CN111376596 A CN 111376596A CN 201911336117 A CN201911336117 A CN 201911336117A CN 111376596 A CN111376596 A CN 111376596A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
film thickness
piezoelectric
liquid ejecting
piezoelectric layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911336117.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111376596B (zh
Inventor
平井荣树
矢崎士郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN111376596A publication Critical patent/CN111376596A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111376596B publication Critical patent/CN111376596B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047—Membrane type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/704—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14241—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14258—Multi layer thin film type piezoelectric element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14362—Assembling elements of heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/11—Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

本发明降低了构成被用于液体喷射头中的压电元件的压电体层发生破损的可能性。本发明的液体喷射头具备：振动板，其构成被填充有液体的压力室的壁面的一部分；压电元件，其使所述振动板振动，其中，所述压电元件包括：第一电极以及第二电极；压电体层，其包含位于所述第一电极和所述第二电极之间的第一部分、和在俯视观察时与所述第一电极以及所述第二电极中的至少一方不重叠的第二部分，所述第一部分中的与所述振动板相反一侧的第一面、和所述第二部分中的与所述振动板相反一侧的第二面，在所述第一电极、所述压电体层和所述第二电极的层叠的方向上的位置不同，所述第二部分的第二膜厚大于所述第一部分的第一膜厚。

Description

液体喷射头、液体喷射装置以及压电器件
技术领域
本发明涉及一种液体喷射头、液体喷射装置以及压电器件。
背景技术
一直以来，提出有一种利用压电元件而从喷嘴喷射压力室内的液体的技术。例如，如专利文献1所公开的那样，压电元件通过第一电极、压电体层和第二电极的层叠而被构成。
压电元件包含位于第一电极与第二电极之间的第一部分、和与第一电极不重叠的第二部分。第一部分根据第一电极与第二电极之间的电压而进行变形，相对于此，第二部分不发生变形。因此，应力集中在第一部分和第二部分的边界的附近处，从而该部分有可能会因长期使用而发生破损。
专利文献1：日本特开2016-76525号公报
发明内容
为了解决以上的课题，本发明的优选方式所涉及的液体喷射头具备：振动板，其构成被填充有液体的压力室的壁面的一部分；压电元件，其使所述振动板振动，在所述液体喷射头中，所述压电元件包含：第一电极以及第二电极；压电体层，其包含位于所述第一电极和所述第二电极之间的第一部分、和在俯视观察时与所述第一电极以及所述第二电极中的至少一方不重叠的第二部分，所述第一部分中的与所述振动板相反一侧的第一面、和所述第二部分中的与所述振动板相反一侧的第二面，在所述第一电极、所述压电体层和所述第二电极的层叠的方向上的位置不同，所述第二部分的第二膜厚大于所述第一部分的第一膜厚。
此外，本发明的优选方式所涉及的压电器件具备：振动板；压电元件，其使所述振动板振动，在所述压电器件中，所述压电元件包括：第一电极以及第二电极；压电体层，其包含位于所述第一电极和所述第二电极之间的第一部分、和在俯视观察时与所述第一电极以及所述第二电极中的至少一方不重叠的第二部分，所述第一部分中的与所述振动板相反一侧的第一面、和所述第二部分中的与所述振动板相反一侧的第二面，在所述第一电极、所述压电体层和所述第二电极的层叠的方向上的位置不同，所述第二部分的第二膜厚大于所述第一部分的第一膜厚。
附图说明
图1为对第一实施方式所涉及的液体喷射装置的结构进行例示的模式图。
图2为液体喷射头的分解立体图。
图3为图2中的a-a线的剖视图。
图4为放大了压电元件的俯视图。
图5为图4中的b-b线的剖视图。
图6为图4中的c-c线的剖视图。
图7为放大了图6中的范围α的剖视图。
图8为第二实施方式中的压电元件的剖视图。
图9为放大了图8中的范围α的剖视图。
图10为放大了第三实施方式中的压电元件的剖视图。
具体实施方式
第一实施方式
图1为，对第一实施方式所涉及的液体喷射装置100进行例示的模式图。第一实施方式的液体喷射装置100为，将作为液体的例示的油墨喷射在介质12上的喷墨方式的印刷装置。虽然介质12典型地为印刷用纸，但是树脂薄膜或布帛等的任意的材质的印刷对象也可作为介质12来利用。如图1所例示的那样，在液体喷射装置100中，设置有对油墨进行贮留的液体容器14。例如在液体喷射装置100上能够进行拆装的墨盒、由可挠性的薄膜形成的袋状的油墨袋、或者能够补充油墨的油墨罐可作为液体容器14来利用。
如图1所例示的那样，液体喷射装置100具备：控制单元20、输送机构22、移动机构24和液体喷射头26。控制单元20包含例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)或FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等的处理电路和半导体存储器等的存储电路，并且对液体喷射装置100的各个要素进行总括性控制。控制单元20为“控制部”的例示。输送机构22在由控制单元20实施的控制下，沿着Y轴而对介质12进行输送。
移动机构24在由控制单元20实施的控制下，使液体喷射头26沿着X轴进行往返。X轴与介质12被输送的Y轴交叉。例如，X轴和Y轴相互正交。第一实施方式的移动机构24具备对液体喷射头26进行收纳的大致箱型的输送体242、和固定有输送体242的输送带244。另外，也可以采用将多个液体喷射头26搭载于输送体242上的结构，或者将液体容器14与液体喷射头26一起搭载于输送体242上的结构。
液体喷射头26在由控制单元20实施的控制下，将从液体容器14被供给的油墨从多个喷嘴喷射在介质12上。通过以与由输送机构22实施的介质12的输送和输送体242的反复的往返同时进行的方式使各个液体喷射头26向介质12喷射油墨，从而在介质12的表面上形成有图像。
图2为液体喷射头26的分解立体图，图3为图2中的a-a线的剖视图。如图2所例示的那样，假定与X-Y平面垂直的Z轴。图3所示的剖面为，与X-Z平面平行的剖面。Z轴为，沿着由液体喷射头26实施的油墨喷射方向的轴线。如图2所例示的那样，从任意的地点进行观察时，将沿着Z轴的一侧表述为“Z1侧”，将相反侧表述为“Z2侧”。同样地，从任意的地点进行观察时，将沿着X轴的一侧表述为“X1侧”，将相反侧表述为“X2侧”。
如图2以及图3所例示的那样，液体喷射头26具备沿着Y轴较长的大致矩形形状的流道基板32。在流道基板32的Z1侧的面上，设置有压力室基板34、振动板36、多个压电元件38、筐体部42和密封体44。在流道基板32的Z2侧的面上，设置有喷嘴板46和吸振体48。液体喷射头26的各个要素概要地与流道基板32同样地为沿着Y轴较长的板状部件，并且利用例如粘合剂而相互被接合在一起。振动板36和压电元件38的组合相当于“压电器件”。另外，也可以将压力室基板34、振动板36、压电元件38的组合表现为“压电器件”。
如图2所例示的那样，喷嘴板46为，被形成有沿着Y轴而排列的多个喷嘴N的板状部件。各个喷嘴N为，油墨所穿过的贯穿孔。另外，流道基板32、压力室基板34和喷嘴板46是通过利用蚀刻等的半导体制造技术而对例如硅(Si)的单晶基板进行加工从而被形成的。但是，液体喷射头26的各个要素的材料或制法是任意的。换一种表达方式，Y轴的方向可以是多个喷嘴N所排列的方向。
流道基板32为，用于形成油墨的流道的板状部件。如图2以及图3所例示的那样，在流道基板32上，形成有开口部322、供给流道324和连通流道326。开口部322为，在从Z轴的方向俯视观察时，沿着Y轴跨及多个喷嘴N而连续的贯穿孔。供给流道324以及连通流道326为，针对每个喷嘴N而独立形成的贯穿孔。此外，如图3所例示的那样，在流道基板32中的Z2侧的表面上，形成有跨及多个供给流道324的中继流道328。中继流道328为，使开口部322和多个供给流道324连通的流道。
筐体部42为，通过例如树脂材料的注塑成型而被制造出来的结构体，并被固定在流道基板32的Z1侧的表面上。如图3所例示的那样，在筐体部42中形成有收纳部422和导入口424。收纳部422为，与流道基板32的开口部322相对应的外形的凹部。导入口424为，与收纳部422连通的贯穿孔。如从根据图3所理解的那样，使流道基板32的开口部322和筐体部42的收纳部422相互连通的空间作为液体贮留室(储液器)R而发挥功能。从液体容器14被供给并穿过了导入口424的油墨被贮留在液体贮留室R中。
吸振体48对液体贮留室R内的压力变动进行吸收。吸振体48包含例如可发生弹性变形的可挠性的薄片部件。具体而言，以堵塞流道基板32的开口部322、中继流道328和多个供给流道324而构成液体贮留室R的底面的方式，在流道基板32的Z2侧的表面上设置有吸振体48。
如图2以及图3所例示的那样，压力室基板34为，形成有与多个喷嘴N分别对应的多个压力室C的板状部件。多个压力室C以沿着Y轴而彼此隔开间隔的方式进行排列。各个压力室C为，沿着X轴而较长的开口。压力室C的X1侧的端部，在俯视观察时与一个供给流道324重叠，压力室C的X2侧的端部，在俯视观察时与流道基板32的一个连通流道326重叠。
在压力室基板34中的、与和流道基板32对置的表面的相反一侧的表面上，设置有振动板36。振动板36为，可弹性地发生变形的板状部件。如图3所例示的那样，第一实施方式的振动板36通过弹性膜361和绝缘膜362的层叠而被构成。在从弹性膜361进行观察时，绝缘膜362位于压力室基板34的相反侧。弹性膜361由例如二氧化硅(SiO2)形成。绝缘膜362由例如氧化锆(ZrO2)形成。
如根据图3所理解的那样，流道基板32和振动板36以在各个压力室C的内侧处相互隔开间隔的方式而对置。压力室C为，位于流道基板32和振动板36之间，且用于对被填充于该压力室C内的油墨施加压力的空间。振动板36构成压力室C的壁面的一部分。被贮留于液体贮留室R中的油墨从中继流道328向各个供给流道324分岔，从而并列地向多个压力室C实施供给以及填充。即，液体贮留室R作为用于向多个压力室C供给油墨的共同液室而发挥功能。
如图2以及图3所例示的那样，在振动板36的与压力室基板34相反一侧的表面上，设置有与多个喷嘴N分别对应的多个压电元件38。各个压电元件38为，通过驱动信号的供给而发生变形的压电致动器，且被形成为沿着X轴的较长的形状。多个压电元件38以与多个压力室C相对应的方式沿着Y轴而排列。当振动板36以与压电元件38的变形联动的方式进行振动时，通过压力室C内的压力发生变动，从而使被填充在压力室C中的油墨穿过连通流道326和喷嘴N而被喷射。即，压电元件38为，通过使振动板36进行振动，从而使压力室C内的油墨从喷嘴N喷射的驱动元件。
图2以及图3的密封体44为，从外界空气中保护多个压电元件38，并且增强压力室基板34以及振动板36的机械强度的结构体。密封体44通过例如粘合剂而被固定在振动板36的表面上。在密封体44中的、被形成在与振动板36的对置面上的凹部的内侧处，收纳有多个压电元件38。
如图3所例示的那样，在振动板36的表面上接合有配线基板60。配线基板60为，形成有用于对控制单元20和液体喷射头26进行电连接的多个配线(省略图示)的安装部件。优选采用例如FPC(Flexible Printed Circuit，柔性印刷电路)或FFC(Flexible FlatCable，柔性扁平电缆)等的可挠性的配线基板60。
在下文中，对各个压电元件38的具体结构进行详细叙述。图4为，将压电元件38的附近放大了的俯视图。另外，在图4中，为了方便说明，也以实线图示出了位于任意一个要素的里侧的要素的轮廓。此外，图5为图4中的b-b线的剖视图，图6为图4中的c-c线的剖视图。
如图4至图6所例示的那样，压电元件38概要地为，将第一电极51、压电体层52和第二电极53从振动板36侧按照以上的顺序而在Z轴的方向上层叠而成的结构体。另外，在本说明书中，“要素A和要素B层叠”这类表述并未被限定于要素A和要素B直接接触的结构。即，只要要素A和要素B的一部分或全部在俯视观察时相互重叠即可，即使是在要素A和要素B之间存在有其他要素C的结构，也被包含在“要素A和要素B层叠”的这一概念中。此外，同样地，“在要素A的表面上形成有要素B”的这类表述也并未被限定于要素A和要素B直接接触的结构。也就是说，即使是在要素A的表面上形成有要素C，并在要素C的表面上形成有要素B的结构，只要为要素A和要素B的一部分或全部在俯视观察时重叠的结构，则也被包含在“在要素A的表面上形成有要素B”的这一概念中。Z轴的方向，相当于第一电极51、压电体层52和第二电极53层叠的方向。
如图4至图6所例示的那样，第一电极51被形成在振动板36的表面上。第一电极51为，针对每个压电元件38而以相互分离的方式被形成的独立电极。具体而言，沿着X轴而较长的多个第一电极51以相互隔开间隔的方式在Y轴的方向上排列。第一电极51由例如铂(Pt)或铱(Ir)等的高耐热且低电阻的导电材料形成。在第一电极51中的被形成在X2侧的端部上的连接端子上，经由配线基板60而被供给有驱动信号。
压电体层52被形成在，形成有第一电极51的振动板36的面上。压电体层52为，跨及多个压电元件38并沿着Y轴而连续的带状的介电膜。压电体层52由例如锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)等的压电材料形成。如图4所例示的那样，在压电体层52中的、与相互邻接的各个压力室C的间隙相对应的区域中，形成有沿着X轴的切口S。切口S为，贯穿压电体层52的开口。根据以上的结构，各个压电元件38针对每个压力室C而独立地变形，从而抑制了压电元件38的相互间的振动的传播。
如图5以及图6所例示的那样，压电体层52由第一层521和第二层522的层叠构成。第一层521以及第二层522为，由例如共同的介电材料形成的介电层。第一层521对第一电极51进行被覆。具体而言，第一层521被形成为与第一电极51同样的平面形状，并且在俯视观察时与该第一电极51的整个区域重叠。第二层522对第一层521的表面以及侧面进行被覆。
图7为，放大了图6中的范围α的剖视图。如图7所例示的那样，压电体层52的第二层522在与X轴垂直的剖面中，包含在俯视观察时与第一电极51重叠的部分、和在俯视观察时不与第一电极51重叠的部分。如根据以上的说明所理解的那样，压电体层52包含在俯视观察时与第一电极51重叠的第一部分Q1、和在俯视观察时不与第一电极51重叠的第二部分Q2。相对于第一部分Q1而在Y方向的两侧形成有第二部分Q2。第一部分Q1由第一层521和第二层522的层叠构成，第二部分Q2由第二层522的单层构成。
如图4至图6所例示的那样，第二电极53对压电体层52进行被覆。第一实施方式的第二电极53为，跨及多个压电元件38并沿着Y轴而连续的带状的共同电极。在第二电极53上被施加有预定的恒定电压。第二电极53由例如铂(Pt)或铱(Ir)等的低电阻的导电材料形成。如图7所例示的那样，第二电极53与如下部分发生接触，即，压电体层52中的与振动板36相反侧的表面F、切口S的内壁面、和振动板36的表面中的向切口S的内侧露出的区域发生接触。
如图7所例示的那样，第二电极53的膜厚(以下称为“第四膜厚”)D4大于第一电极51的膜厚(以下称为“第三膜厚”)D3。根据以上的结构，能够通过第二电极53而有效地保护压电体层52。即，第二电极53作为例如防止外界空气或水分附着于压电体层52上的保护层而发挥功能。
如根据图6以及图7所理解的那样，压电体层52的第一部分Q1位于第一电极51和第二电极53之间。因此，第一部分Q1为，根据第一电极51和第二电极53之间电压而发生变形的能动部。另一方面，虽然压电体层52的第二部分Q2在俯视观察时与第二电极53重叠，但是在俯视观察时与第一电极51不重叠。因此，第二部分Q2为，与第一部分Q1相比而变形较小的非能动部。实际上，第二部分Q2几乎不发生变形。在以上的结构中，应力集中在压电体层52中的第一部分Q1和第二部分Q2的边界的附近处。
如图7所例示的那样，压电体层52中的与振动板36相反侧的表面F包含第一面F1和第二面F2。第一面F1为，第一部分Q1中的与振动板36相反一侧的表面。第二面F2为，第二部分Q2中的与振动板36相反一侧的表面。第二电极53对包含第一面F1以及第二面F2的压电体层52的表面F的整体进行被覆。
第一面F1和第二面F2在Z方向上的位置不同。具体而言，第二面F2与第一面F1相比更接近振动板36。即，第二面F2位于相对于第一面F1而凹陷的位置处。因此，在压电体层52的表面F上，形成有第一面F1和第二面F2之间的高低差。第一面F1和第二面F2之间的高低差为，反应了第一电极51的第三膜厚D3的高低差。以上所说明的表面F的高低差是由通过在涂布了例如压电材料的溶胶之后进行加热以及干燥从而形成压电体层52的溶胶凝胶法而被简单形成的。压电材料的溶胶的粘度被设定为恰当的数值，以便在第一面F1和第二面F2之间形成有高低差。
图7的第一膜厚D1为，压电体层52中的第一部分Q1的膜厚。具体而言，第一电极51中的与振动板36相反一侧的表面、和压电体层52的第一面F1之间的距离为第一膜厚D1。即，第一膜厚D1为，压电体层52中的第一层521的膜厚、和第二层522中的被层叠在第一层521上的部分的膜厚的总和。
图7的第二膜厚D2为，压电体层52中的第二部分Q2的膜厚。具体而言，在振动板36中被形成有压电元件38的表面(以下称为“元件形成面”)F0、和压电体层52的第二面F2之间的距离为第二膜厚D2。元件形成面F0为，振动板36中的与压力室C相反一侧的表面，也可被表述为振动板36的绝缘膜362和压电体层52的第二部分Q2的界面。
图7的第五膜厚D5为，压电体层52的第一部分Q1的第一膜厚D1、与第一电极51的第三膜厚D3的总和(D5＝D1+D3)。第五膜厚D5相当于振动板36的元件形成面F0和压电体层52的第一面F1之间的距离。
如图7所例示的那样，压电体层52的第二部分Q2的第二膜厚D2大于第一部分Q1的第一膜厚D1(D2＞D1)。此外，第二部分Q2的第二膜厚D2小于作为第一膜厚D1与第三膜厚D3的总和的第五膜厚D5(D2＜D1+D3＝D5)。
如前文所述的那样，应力集中在第一部分Q1和第二部分Q2的边界的附近。在第一实施方式中，第二部分Q2的第二膜厚D2大于第一部分Q1的第一膜厚D1。因此，与第二膜厚D2小于第一膜厚D1的结构相比较，能够降低第二部分Q2因第一部分Q1的变形而发生破损的可能性。
另外，虽然从降低第二部分Q2的破损的可能性的观点出发，优选第二膜厚D2足够大的结构，但是在第二膜厚D2过大的结构中，存在关于压电元件38而无法实现恰当的振动特性的可能性。在第一实施方式中，由于第二部分Q2的第二膜厚D2被制约在小于第一部分Q1的第一膜厚D1与第一电极51的第三膜厚D3的总和即第五膜厚D5的范围内，因此对于压电元件38而言，能够实现优选的振动特性。
第二实施方式
对第二实施方式进行说明。另外，在以下的各个示例中，对功能与第一实施方式相同的要素沿用在第一实施方式的说明中使用过的符号，并适当省略各自的详细说明。
图8为第二实施方式中的压电元件38的剖视图，图9放大了图8的范围α的剖视图。在图8中，与前文的图6同样地，图示了与X轴垂直的剖面。如图8以及图9所例示的那样，第二实施方式的压电体层52包含第一部分Q1和第二部分Q2。与第一实施方式同样地，第一部分Q1为，压电体层52中的位于第一电极51和第二电极53之间的部分，第二部分Q2为，虽然在俯视观察时与第二电极53重叠，但是在俯视观察时与第一电极51不重叠的部分。
压电体层52中的第二部分Q2的第二膜厚D2大于第一部分Q1的第一膜厚D1的结构(D2＞D1)与第一实施方式是相同的。因此，根据第二实施方式，与第一实施方式同样地，与第二膜厚D2小于第一膜厚D1的结构相比，能够降低第二部分Q2因第一部分Q1的变形而发生破损的可能性。第二电极53的第四膜厚D4大于第一电极51的第三膜厚D3的结构也与第一实施方式是相同的。
在第一实施方式中，例示了第二部分Q2的第二面F2与第一部分Q1的第一面F1相比更接近振动板36的结构。对照第一实施方式，在第二实施方式中，如图8以及图9所例示的那样，第一部分Q1的第一面F1与第二部分Q2的第二面F2相比更接近振动板36。即，第一面F1位于相对于第二面F2而凹陷的位置。在俯视观察时，第一面F1整体与第一电极51重叠。因此，在压电体层52的表面F上，形成有与第一电极51相对应的平面形状的凹陷。即，在压电体层52的表面F上，形成有第一面F1与第二面F2之间的高低差。以上所说明的表面F的高低差是通过如下方式而被形成的，即，将通过例如压电材料而被形成为预定的膜厚的压电体层中的、与第一面F1相对应的区域仅去除膜厚的方向上的一部分。在压电体层的选择性的去除中，优选采用例如湿蚀刻或干蚀刻。
如根据以上的说明所理解的那样，在第二实施方式中，作为第一部分Q1的第一膜厚D1与第一电极51的第三膜厚D3的总和的第五膜厚D5小于第二膜厚D2(D5＝D1+D3＜D2)。根据以上的结构，与第一实施方式相比，降低了第一部分Q1的第一膜厚D1。因此，具有易于确保第一部分Q1的变形量的优点。另外，根据第一实施方式，由于无需去除压电体层中的与第一面F1相对应的区域，因此与第二实施方式相比而具有压电元件38的制造工序被简化了的优点。
第三实施方式
图10为，放大了第三实施方式的压电元件38的剖视图。在图10中，图示了与图7以及图9相对应的剖面。如图10所例示的那样，第三实施方式中的振动板36的元件形成面F0包含第三面F3和第四面F4。第四面F4为相对于第三面F3而凹陷的表面。即，第四面F4与第三面F3相比位于压力室C侧处。
具体而言，在通过例如蚀刻从而选择性地去除成为第一电极51的导电膜和成为压电体层52的第一层521的压电体层的层叠的工序中，通过去除振动板36的绝缘膜362中的膜厚的方向的一部分，从而形成有第四面F4。即，通过形成第一电极51以及第一层521的工序中的过蚀刻，从而形成有第三面F3和第四面F4的高低差。因此，第一电极51以及压电体层52的第一部分Q1被形成在第三面F3的面上。另一方面，压电体层52的第二部分Q2被形成在第四面F4的面上。
即使在第三实施方式中，与第一实施方式同样地，压电体层52的第二部分Q2的第二膜厚D2也大于第一部分Q1的第一膜厚D1(D2＞D1)。此外，在第三实施方式中，在相对于被形成有第一部分Q1的第三面F3而凹陷的第四面F4上，形成有第二部分Q2。因此，与在作为无高低差的平坦面的元件形成面F0上形成第一部分Q1以及第二部分Q2的第一实施方式的结构相比较，具有易于确保第二部分Q2的第二膜厚D2的优点。此外，通过在振动板36上形成第四面F4，从而还具有压电体层52易于紧贴在元件形成面F0上的优点。
另外，虽然在图10中，例示了第二面F2与第一面F1相比更接近振动板36的结构，但是在如第二实施方式那样第一面F1与第二面F2相比更接近振动板36的结构中，也可以采用元件形成面F0包含第三面F3和第四面F4的第三实施方式的结构。
改变例
以上所例示的各个方式能够进行各种各样的改变。以下，对能够应用于前述的各个方式的具体的改变方式进行例示。另外，从以下的例示中任意地选择的两个以上的方式在不相互矛盾的范围内可以适当合并。
(1)虽然在前述的各个方式中，将压电元件38的第一电极51设为独立电极，将第二电极53设为共同电极，但是也可以将第一电极51设为共同电极，将第二电极53设为独立电极。在将第二电极53设为独立电极的结构中，压电体层52的第二部分Q2在俯视观察时与第一电极51重叠，在俯视观察时与第二电极53不重叠。此外，也可以将第一电极51以及第二电极53双方设为独立电极。在将第一电极51以及第二电极53双方设为独立电极的结构中，在俯视观察时，压电体层52的第二部分Q2与第一电极51以及第二电极53均不重叠。如根据以上的说明所理解的那样，压电体层52的第二部分Q2在俯视观察时与第一电极51以及第二电极53中的至少一方不重叠。
(2)虽然在前述的各个方式中，通过第一层521和第二层522的层叠而构成了压电体层52，但是也可以通过单层来形成压电体层52。此外，也可以通过由压电材料形成的三层以上的层叠来形成压电体层52。
(3)虽然在前述的各个方式中，例示了使搭载了液体喷射头26的输送体242进行往返的串行方式的液体喷射装置100，但是也能够将本发明应用于多个喷嘴N以跨及介质12的整个宽度的方式而分布的行式方式的液体喷射装置中。
(4)前述的各个方式中所例示的液体喷射装置100除了被用于印刷专用的设备之外，还可用于传真装置或复印机等的各种设备中。显然，本发明的液体喷射装置的用途并未被限定于印刷。例如，喷射颜色材料的溶液的液体喷射装置可作为形成液晶显示面板等的显示装置的滤色器的制造装置而被利用。此外，喷射导电材料的溶液的液体喷射装置可作为形成配线基板的配线或电极的制造装置而被利用。此外，喷射与生物体有关的有机物的溶液的液体喷射装置可作为制造例如生物芯片的制造装置而被利用。
(5)前述的各个方式中所例示的液体喷射头26为压电器件的一个示例。作为液体喷射头26以外的压电器件，例如，可例示出如下器件，即：
[a]用于对由静态照相机或摄影机等的摄像装置的抖动等导致的镜头的焦点偏移进行校正的校正用致动器；
[b]超声波清洗机、超声波诊断装置、鱼群探测器、超声波振荡器或超声波电机等的超声波设备；
[c]红外线等的有害光线的阻断滤光器、使用了基于量子点形成的光子晶体效应的光学滤光器、或者利用了薄膜的光干涉的光学滤光器等的各种滤光器；
[d]此外，还有温度-电气转换器、压力-电气转换器、铁电晶体管或压电变压器等的各种设备。
此外，作为传感器而被利用的压电元件、或者作为铁电存储器而被利用的压电元件中，也可应用本发明。作为利用了压电元件的传感器，例如，可例示有红外线传感器、超声波传感器、感热传感器、压力传感器、焦电传感器、或者角速度传感器等。
符号说明
100…液体喷射装置；12…介质；14…液体容器；20…控制单元；22…输送机构；24…移动机构；26…液体喷射头；32…流道基板；34…压力室基板；36…振动板；361…弹性膜；362…绝缘膜；38…压电元件；42…筐体部；44…密封体；46…喷嘴板；N…喷嘴；48…吸振体；51…第一电极；52…压电体层；521…第一层；522…第二层；53…第二电极；60…配线基板；C…压力室；R…液体贮留室；Q1…第一部分；Q2…第二部分；D1…第一膜厚；D2…第二膜厚；D3…第三膜厚；D4…第四膜厚；D5…第五膜厚；F1…第一面；F2…第二面；F3…第三面；F4…第四面。

Claims (13)

1.一种液体喷射头，具备：
振动板，其构成被填充有液体的压力室的壁面的一部分；
压电元件，其使所述振动板振动，
在所述液体喷射头中，
所述压电元件包括：
第一电极以及第二电极；
压电体层，其包含位于所述第一电极和所述第二电极之间的第一部分、和在俯视观察时与所述第一电极以及所述第二电极中的至少一方不重叠的第二部分，
所述第一部分中的与所述振动板相反一侧的第一面、和所述第二部分中的与所述振动板相反一侧的第二面，在所述第一电极、所述压电体层和所述第二电极的层叠的方向上的位置不同，
所述第二部分的第二膜厚大于所述第一部分的第一膜厚。
2.如权利要求1所述的液体喷射头，其中，
所述第二膜厚小于所述第一膜厚与所述第一电极的膜厚的总和。
3.如权利要求1所述的液体喷射头，其中，
所述第一膜厚与所述第一电极的膜厚的总和小于所述第二膜厚。
4.如权利要求3所述的液体喷射头，其中，
在俯视观察时，所述第一面全部与所述第一电极重叠。
5.如权利要求1至4中任一项所述的液体喷射头，其中，
在所述振动板上被形成有所述压电元件的表面包括第三面和相对于所述第三面而凹陷的第四面，
所述第一电极以及所述第一部分被形成在所述第三面的面上，
所述第二部分被形成在所述第四面的面上。
6.如权利要求1所述的液体喷射头，其中，
所述第二电极的膜厚大于所述第一电极的膜厚。
7.一种液体喷射装置，具备：
权利要求1至权利要求6中任一项所述的液体喷射头；
控制部，其对所述液体喷射头进行控制。
8.一种压电器件，具备：
振动板；
压电元件，其使所述振动板振动，
在所述压电器件中，
所述压电元件包括：
第一电极以及第二电极；
压电体层，其包含位于所述第一电极和所述第二电极之间的第一部分、和在俯视观察时与所述第一电极以及所述第二电极中的至少一方不重叠的第二部分，
所述第一部分中的与所述振动板相反一侧的第一面、和所述第二部分中的与所述振动板相反一侧的第二面，在所述第一电极、所述压电体层和所述第二电极的层叠的方向上的位置不同，
所述第二部分的第二膜厚大于所述第一部分的第一膜厚。
9.如权利要求8所述的压电器件，其中，
所述第二膜厚小于所述第一膜厚与所述第一电极的膜厚的总和。
10.如权利要求8所述的压电器件，其中，
所述第一膜厚与所述第一电极的膜厚的总和小于所述第二膜厚。
11.如权利要求10所述的压电器件，其中，
在俯视观察时，所述第一面全部与所述第一电极重叠。
12.如权利要求8至11中任一项所述的压电器件，其中，
在所述振动板上被形成有所述压电元件的表面包括第三面和相对于所述第三面而凹陷的第四面，
所述第一电极以及所述第一部分被形成在所述第三面的面上，
所述第二部分被形成在所述第四面的面上。
13.如权利要求8所述的压电器件，其中，
所述第二电极的膜厚大于所述第一电极的膜厚。
CN201911336117.6A 2018-12-26 2019-12-23 液体喷射头、液体喷射装置以及压电器件 Active CN111376596B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-241978 2018-12-26
JP2018241978A JP7346819B2 (ja) 2018-12-26 2018-12-26 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電デバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111376596A true CN111376596A (zh) 2020-07-07
CN111376596B CN111376596B (zh) 2023-03-21

Family

ID=71123806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911336117.6A Active CN111376596B (zh) 2018-12-26 2019-12-23 液体喷射头、液体喷射装置以及压电器件

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11123986B2 (zh)
JP (1) JP7346819B2 (zh)
CN (1) CN111376596B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113253477A (zh) * 2021-05-11 2021-08-13 京东方科技集团股份有限公司 光学模组、显示装置及其工作方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11152024B1 (en) * 2020-03-30 2021-10-19 Western Digital Technologies, Inc. Piezoelectric-based microactuator arrangement for mitigating out-of-plane force and phase variation of flexure vibration

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080170107A1 (en) * 2007-01-15 2008-07-17 Seiko Epson Corporation Actuator device and liquid ejecting head including the same
JP2010188694A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Konica Minolta Holdings Inc 液体搬送装置
US20110050810A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Yoshitsugu Morita Droplet ejecting apparatus
WO2015182228A1 (ja) * 2014-05-30 2015-12-03 コニカミノルタ株式会社 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ
US20160096368A1 (en) * 2014-10-02 2016-04-07 Seiko Epson Corporation Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric device
JP2017117981A (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 セイコーエプソン株式会社 圧電素子、圧電モジュール、電子機器、及び圧電素子の製造方法
JP2017126628A (ja) * 2016-01-13 2017-07-20 セイコーエプソン株式会社 圧電デバイス、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置
CN108336216A (zh) * 2017-01-17 2018-07-27 精工爱普生株式会社 压电元件及致动器、超声波探头、超声波装置、电子设备
JP2018164042A (ja) * 2017-03-27 2018-10-18 セイコーエプソン株式会社 圧電素子、圧電アクチュエーター、超音波探触子、超音波装置、電子機器、液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080170107A1 (en) * 2007-01-15 2008-07-17 Seiko Epson Corporation Actuator device and liquid ejecting head including the same
JP2010188694A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Konica Minolta Holdings Inc 液体搬送装置
US20110050810A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Yoshitsugu Morita Droplet ejecting apparatus
WO2015182228A1 (ja) * 2014-05-30 2015-12-03 コニカミノルタ株式会社 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ
US20160096368A1 (en) * 2014-10-02 2016-04-07 Seiko Epson Corporation Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric device
JP2017117981A (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 セイコーエプソン株式会社 圧電素子、圧電モジュール、電子機器、及び圧電素子の製造方法
JP2017126628A (ja) * 2016-01-13 2017-07-20 セイコーエプソン株式会社 圧電デバイス、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置
CN108336216A (zh) * 2017-01-17 2018-07-27 精工爱普生株式会社 压电元件及致动器、超声波探头、超声波装置、电子设备
JP2018164042A (ja) * 2017-03-27 2018-10-18 セイコーエプソン株式会社 圧電素子、圧電アクチュエーター、超音波探触子、超音波装置、電子機器、液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113253477A (zh) * 2021-05-11 2021-08-13 京东方科技集团股份有限公司 光学模组、显示装置及其工作方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020107624A (ja) 2020-07-09
US11123986B2 (en) 2021-09-21
JP7346819B2 (ja) 2023-09-20
US20200207092A1 (en) 2020-07-02
CN111376596B (zh) 2023-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111376596B (zh) 液体喷射头、液体喷射装置以及压电器件
US10569540B2 (en) Liquid ejection head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric device
US20210031519A1 (en) Liquid discharge head and liquid discharge apparatus
US10857785B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting unit, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric device
US11179936B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric device
JP7302197B2 (ja) 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
US20200061991A1 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
US20190283426A1 (en) Liquid Discharge Head, Liquid Discharge Apparatus, And Piezoelectric Device
JP2019217758A (ja) 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
US10850515B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP7371337B2 (ja) 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
JP6972808B2 (ja) 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、および圧電デバイス
US11273639B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and electronic device
US11040533B2 (en) Liquid ejection head and liquid ejection apparatus
US10737493B2 (en) Piezoelectric device, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus
JP7427967B2 (ja) 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、およびアクチュエーター
JP7087296B2 (ja) 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電デバイス
JP2020104477A (ja) 圧電デバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および液体噴射ヘッドの製造方法
JP2019202534A (ja) 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電デバイス
JP2021053853A (ja) 液体吐出ヘッド、液体吐出装置および圧電デバイス
JP2020179579A (ja) 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
JP2020088219A (ja) 圧電デバイス、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
JP2020082564A (ja) 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
JP2020001369A (ja) 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
JP2019204834A (ja) 圧電デバイスの製造方法、圧電デバイス、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant