JP2006240178A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 応力集中による振動板の破壊を防止することができると共に、水分による圧電素子の破壊を防止することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】 供給路１４，１５に対応する領域には、少なくともリザーバ形成基板３０が接合される領域の振動板上に、線膨張係数が振動板よりも大きく積層電極１４０よりも小さい材料からなる応力緩和層１５０を介して、下電極及び上電極とは異なる層で構成され下電極と電気的に接続される積層電極が圧力発生室の並設方向に沿って延設され、且つ積層電極１４０の連通部１３側の領域には、積層電極１４０に対応する領域から連続的に設けられる応力緩和層１５０を介して、積層電極１４０とは不連続の不連続積層電極１６０が積層電極１４０に並設されているようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。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。

このような後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、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ある。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高密度に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。

しかしながら、このように圧電素子を高密度に配列したインクジェット式記録ヘッドでは、各圧電素子の一方の電極（共通電極）が複数の圧電素子に共通して設けられているため、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変位量が不安定となり、インク吐出特性が低下するという問題がある。なお、薄膜で形成された圧電素子の電極はその膜厚が薄いため抵抗値が比較的高く、このような問題が特に生じやすい。

このような問題を解決するために、例えば、圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に、圧電素子の共通電極と電気的に接続される接続配線層を設け、共通電極の抵抗値を実質的に低下させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

ここで、接続配線層は、共通電極の抵抗を下げるため、比較的導電性の高い材料、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料で形成されている。また、その厚みは振動板の厚みとほぼ同程度、例えば、１〜３μｍ程度に形成される。これに対し、振動板は、比較的導電性の低い材料で形成されていることが多い。例えば、特許文献１には、単結晶シリコン基板である流路形成基板を熱酸化することによって形成された二酸化シリコン（ＳＩＯ_２）からなる弾性膜を含む振動板が開示されている。

また、接続配線層の製造方法としては、スパッタリング法や、蒸着法で成膜した後に、エッチングによりパターニングする方法が一般的である。スパッタリング法や蒸着法で下地との密着力のよい膜を得るためには、接続配線層が形成される流路形成基板（振動板）を１００〜３００℃程度に加熱しながら成膜を行う必要がある。さらに、スパッタリング法では、流路形成基板（振動板）に原子が衝突しながら成膜が進むため、たとえ流路形成基板を加熱しなくても流路形成基板（振動板）の温度は１５０〜３００℃に達してしまう。

このため、接続配線層をスパッタリング法等によって成膜すると、振動板と接続配線層との冷却時の収縮量の違いにより、振動板には残留膜応力が作用してしまうという問題がある。すなわち、振動板に残留膜応力が作用することで、例えば、ヘッド組立時の加圧や、ヘッド使用時のキャッピングなどの外力が加わると、接続配線層の周囲の振動板が比較的簡単に割れてしまうという問題がある。

また、このようなインクジェット式記録ヘッドには、例えば、流路形成基板に設けられ連通部と、流路形成基板に接合されたリザーバ形成基板に設けられたリザーバ部とでリザーバを形成し、このリザーバから各圧力発生室にインクが供給されるようになっているものがある（例えば、特許文献２参照）。そして、このような構成のインクジェット式記録ヘッドでは、リザーバ内のインク（水分）が流路形成基板とリザーバ形成基板との接合部分から浸透し、接続配線層まで達するとインクに電圧が印加されインクが電気分解を起こし、気体や異物が生成されインク滴の吐出不良となる場合がある。さらには、インクが圧電素子まで浸透すると、そのインクによって圧電素子が破壊されてしまうという虞がある。また、上述したように接続配線層等を設けた構造では、リザーバ形成基板を接合するための接着剤の厚さが比較的厚くなってしまうため、このような問題が特に生じやすい。

なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。

特開２００４−１４３１号公報（特許請求の範囲等） 特開２００４−２１６５８１号公報（第３図、第７頁等）

本発明はこのような事情に鑑み、液体吐出特性を良好な状態に安定させることができると共に、応力集中による振動板の破壊及び水分による圧電素子の破壊を防止することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられると共に供給路を介して前記圧力発生室に連通する連通部が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合され前記連通部に連通するリザーバ部を有するリザーバ形成基板とを有し、前記供給路に対応する領域には、少なくとも前記リザーバ形成基板が接合される領域の前記振動板上に、前記下電極及び前記上電極とは異なる層で構成され前記下電極と電気的に接続される積層電極が、線膨張係数が前記振動板よりも大きく前記積層電極よりも小さい材料からなる応力緩和層を介して前記圧力発生室の並設方向に沿って延設され、且つ前記積層電極の前記連通部側の領域には、前記積層電極に対応する領域から連続的に設けられる前記応力緩和層を介して、当該積層電極とは不連続の不連続積層電極が前記積層電極に並設されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様では、積層電極を設けることで、圧電素子の共通電極である下電極膜の抵抗値が実質的に低下するため、クロストーク等の発生が抑えられて安定した吐出特性が得られる。また、応力緩和層を設けることで、積層電極等の応力に起因する振動板への応力集中が抑えられ、この応力集中に起因する振動板の破壊が防止される。さらに、不連続積層電極を設けることで、リザーバ形成基板と流路形成基板とを良好に接合することができるため、リザーバ部からこれらの基板間に浸透した液体によって圧電素子が破壊されるのを防止することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記供給路が前記流路形成基板を貫通して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、供給路に対応する領域の振動板には割れが生じやすいが、応力緩和層を設けることで、このような領域の振動板の破壊も防止される。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記積層電極と前記不連続積層電極は互いに絶縁されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、インクへの電圧印加をより確実に抑えることができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記応力緩和層が、セラミックス材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、振動板への応力集中をより確実に抑えることができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記応力緩和層が、前記圧電素子を構成する前記圧電体層と同一の層からなり、且つ前記圧電素子を構成する圧電体層とは分離されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、圧電素子と同一プロセスで、応力緩和層を比較的容易に形成することができと共に、圧電素子変形時の応力伝播を効果的に抑制できる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記応力緩和層の厚さが、前記積層電極の厚さと同一か又はそれよりも厚いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、振動板及び積層電極に生じる応力が、応力緩和層によってさらに確実に緩和される。

本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記リザーバ形成基板が、圧電素子を保護する圧電素子保持部を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第７の態様では、水分に起因する圧電素子の破壊をより確実に防止することができる。

本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなると共に、前記振動板が前記流路形成基板の表面に形成された二酸化シリコンからなる弾性膜を少なくとも含むことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第８の態様では、二酸化シリコンからなる弾性膜には、応力集中による割れが特に発生しやすいが、応力緩和層を設けることで、弾性膜に生じる割れも防止することができる。

本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第９の態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びＡ−Ａ’断面図であり、図３は、その一部を拡大した断面図である。流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、図示するように、その一方の面には、二酸化シリコンからなり厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に沿って並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成されている。連通部１３と各圧力発生室１２とは、圧力発生室１２と略同一幅で形成されるインク連通路１４と、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されるインク供給路１５を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述するリザーバ形成基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路１５は、インク連通路１４からを圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。

流路形成基板１０の開口面側には、圧力発生室１２を形成する際のエッチングマスクとして用いられたマスク膜５１を介して、各圧力発生室１２のインク供給路１５とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜２０［×１０^-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼等からなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなり厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、白金（Ｐｔ）及びイリジウム（Ｉｒ）からなり厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、イリジウム（Ｉｒ）からなり厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。

なお、圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。その組成は、圧電素子の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ_３（ＰＺ）、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。

ここで圧電素子３００とは、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、パターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。また、詳しくは後述するが、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、上電極用引き出し電極９０が接続されており、この上電極用引き出し電極９０を介して、各圧電素子３００に電圧が印加されるようになっている。なお、振動板とは、弾性膜５０と絶縁体膜５５から構成される。

以下、圧電素子３００の構造について詳しく説明する。圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０は、本実施形態では、圧力発生室１２の長手方向では圧力発生室１２に対向する領域内に形成され、圧力発生室１２の並設方向では複数の圧力発生室１２に対応する領域に亘って連続的に設けられている。また、下電極膜６０は、圧力発生室１２の並設方向で流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、本実施形態では、並設された複数の圧電素子３００及び上電極用引き出し電極９０の周囲を囲んで連続的に設けられている。一方、圧電素子３００を構成する圧電体層７０及び上電極膜８０は、基本的には圧力発生室１２に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室１２の長手方向では、下電極膜６０の端部よりも外側まで延設されており、下電極膜６０の端面は圧電体層７０によって覆われている。

また、このような圧電素子３００を構成する各層は、無機絶縁材料からなる第１の絶縁膜１００によって覆われており、上電極用引き出し電極９０は、この第１の絶縁膜１００を介して各圧電素子３００の上電極膜８０に接続されている。詳細には、上電極用引き出し電極９０は、本実施形態では、上電極膜８０に接続される第１のリード電極９１と、第１のリード電極９１に接続される第２のリード電極９４とで構成されている。そして、第１のリード電極９１が、この第１の絶縁膜１００上に延設され、その一端部近傍が第１の絶縁膜１００に形成されたコンタクトホール１０１を介して上電極膜８０に接続されている。また、この第１のリード電極９１及び圧電素子３００を構成する各層は、第１の絶縁膜１００と同様の無機絶縁材料で形成される第２の絶縁膜１１０によってさらに覆われている。上電極用引き出し電極９０を構成する第２のリード電極９４は、この第２の絶縁膜１１０上に延設され、その一端部が第２の絶縁膜１１０に形成されたコンタクトホール１１１を介して第１のリード電極９１の他端部に接続されている。そして、第２のリード電極９４の他端部近傍は、後述するリザーバ形成基板３０上に実装される駆動ＩＣと電気的に接続されるようになっている。

ここで、第１のリード電極９１は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）等で形成される密着層９２と、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等で形成される金属層９３とからなる。なお、本実施形態では、第１のリード電極９１を構成する密着層９２がチタンタングステン（ＴｉＷ）からなり、金属層９３がアルミニウム（Ａｌ）からなり、その厚さは約１μｍである。第２のリード電極９４は、第１のリード電極９１と同様に、密着層９５と金属層９６とで構成されている。例えば、本実施形態では、第２のリード電極９４を構成する密着層９５はニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなり、金属層９６は金（Ａｕ）からなり、その厚さは約１μｍである。第１及び第２の絶縁膜１００，１１０の材料としては、無機絶縁材料であれば特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）等が挙げられるが、特に、無機アモルファス材料である、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等を用いるのが好ましい。

なお、本実施形態では、連通部１３の開口周縁部に対応する領域の弾性膜５０及び絶縁体膜５５上にも、この第２のリード電極９４を構成する密着層９５及び金属層９６からなるが第２のリード電極９４とは不連続の不連続金属層９７が残存している。この不連続金属層９７は、弾性膜５０及び絶縁体膜５５に形成された貫通部５２を覆って形成され、流路形成基板１０を異方性エッチングして連通部１３を形成する際のエッチングストップ層として機能する。そして、連通部１３を形成した後に、貫通部５２に対向する領域の不連続金属層９７が除去され、その結果、連通部１３の開口周縁部に対応する領域に不連続金属層９７が残存する。

また、並設された圧力発生室１２に対応する領域の外側には、下電極膜６０及び上電極膜８０とは異なる層、本実施形態では、第１のリード電極９１と同一層（密着層９２及び金属層９３）からなる第１の積層電極１４０が設けられ、下電極膜６０と電気的に接続されている。なお、本実施形態では、第１の積層電極１４０は、下電極膜６０上に形成されているが、これに限定されず、第１の積層電極１４０と下電極膜６０とが電気的に接続されていれば、第１の積層電極１４０の下側に下電極膜６０が設けられている必要はない。さらに、並設された圧電素子３００同士の間の領域には、例えば、１０個の圧電素子３００に対して１本程度の割合で、第１の積層電極１４０から連続する下電極用引き出し電極９８が設けられている。すなわち、下電極用引き出し電極９８は、第１のリード電極９１を構成する密着層９２及び金属層９３で構成されている。そして、この下電極用引き出し電極９８は、第１の積層電極１４０から上電極用引き出し電極９０の引き出し方向に沿って延設され、第１の絶縁膜１００に設けられたコンタクトホール１０３を介して、圧力発生室１２に対応する領域の下電極膜６０に接続されている。なお、下電極用引き出し電極９８等を構成する密着層９２は、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属層９３と下電極膜６０とが反応して相互拡散するのを防止するために設けられている。

このような構成では、第１の積層電極１４０によって圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０の抵抗値が実質的に低下するため、多数の圧電素子３００を同時に駆動しても電圧降下の発生を防止することができる。特に、複数の下電極用引き出し電極９８が、第１の積層電極１４０から連続して形成されていることで、電圧降下の発生がより確実に防止され、常に良好で且つ安定したインク吐出特性を得ることができる。

また、このような第１の積層電極１４０と振動板との間には、線膨張係数が振動板よりも大きく且つ第１の積層電極１４０よりも小さい材料からなる応力緩和層１５０が設けられている。この応力緩和層１５０は、第１の積層電極１４０の少なくとも端部に対応する領域に設けられていればよいが、例えば、本実施形態では、応力緩和層１５０は、第１の積層電極１４０の下側に、その全面に対応する領域に亘って連続的に設けられている。

このような応力緩和層１５０の材料は、線膨張係数が振動板よりも大きく且つ第１の積層電極１４０よりも小さい材料であれば特に限定されない。例えば、本実施形態のように、振動板が複数層で構成されている場合には、応力緩和層１５０の材料は、これら複数層のうち線膨張係数が最小のものよりも大きく且つ第１の積層電極１４０よりも小さい材料であればよいが、振動板全体としての線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有するものであることが望ましい。具体的には、セラミックス材料等が応力緩和層１５０の材料として好適に用いられ、例えば、本実施形態では、圧電素子３００を構成する圧電体層７０と同一の層、すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で応力緩和層１５０を形成している。

そして、このように第１の積層電極１４０と振動板との間に応力緩和層１５０を設けることにより、振動板及び第１の積層電極１４０の応力に起因して第１の積層電極１４０の周囲で発生する振動板、特に、弾性膜５０の割れを防止することができる。本実施形態のように、インク連通路１４、インク供給路１５等が流路形成基板１０を貫通して設けられているため、これらインク連通路１４、インク供給路１５等に対向する領域の振動板には特に割れが発生しやすいが、応力緩和層１５０を設けることで、このような領域の振動板の割れの発生も確実に防止することができる。

なお、本実施形態のように、応力緩和層１５０を圧電体層７０と同一の層で形成する場合、応力緩和層１５０は、圧電素子３００を構成する圧電体層７０とは分離されていることが望ましい。これにより、圧電素子３００を変形させたときの応力伝播を効果的に抑制できるからである。

また、図３に示すように、圧力発生室１２と連通部１３とを連通する供給路、本実施形態では、インク連通路１４及びインク供給路１５に対応する領域に形成される第１の積層電極１４０の連通部１３側には、第１の積層電極１４０とは電気的に不連続の不連続積層電極１６０が並設されている。この不連続積層電極１６０は、本実施形態では、第１の積層電極１４０と同様に、密着層９２及び金属層９３で構成されている。さらに、このような不連続積層電極１６０と振動板との間には、第１の積層電極１４０に対応する領域から連続的に設けられた応力緩和層１５０が設けられている。この応力緩和層１５０は、本実施形態では、第１の積層電極１４０及び不連続積層電極１６０に対応する領域に形成されているが、連通部１３の開口周縁に設けられている不連続金属層９７の下側まで連続的に形成してもよい。なお、不連続積層電極１６０の下側の領域の下電極膜６０は、圧電素子３００を構成する下電極膜６０とは電気的に分離されているのが好ましい。

そして、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板１０の連通部１３と貫通部５２を介して連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１２０を構成している。また、リザーバ形成基板３０には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３２内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部３２は、密封されていてもよいが、密封されていなくてもよい。

また、リザーバ形成基板３０の圧電素子保持部３２のリザーバ部３１とは反対側の領域には、その厚さ方向に貫通して第２のリード電極９４が露出される露出孔３３が形成されている。そして、図示しないが、この露出孔３３内に延設される接続配線によって、リザーバ形成基板３０上に実装される駆動ＩＣと、第２のリード電極９４及び下電極膜６０とが電気的に接続されている。

このようなリザーバ形成基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

ここで、このようなリザーバ形成基板３０は、上述したように流路形成基板１０に接着剤３５によって接合されているが、例えば、インク供給路１５及びインク連通路１４に対向する領域の流路形成基板１０上には、不連続金属層、第１の積層電極１４０等が形成されており、リザーバ形成基板３０は、実際には、これらの上に接着剤３５によって接合されている。

そして、本発明では、第１の積層電極１４０の連通部１３側に、第１の積層電極１４０とは電気的に分離された不連続積層電極１６０を設け、不連続金属層９７、第１の積層電極１４０と共に、この不連続積層電極１６０上にリザーバ形成基板３０を接着剤３５によって接合するようにした。

これにより、リザーバ形成基板３０と流路形成基板１０とを極めて良好に接合することができ、リザーバ１２０内のインクが流路形成基板１０とリザーバ形成基板３０との間から浸透して圧電素子保持部３２内に侵入するのを防止することができる。したがって、インクによる圧電素子３００の破壊を確実に防止することができる。さらに、不連続積層電極１６０と第１の積層電極１４０とは、電気的に分離、すなわち、互いに絶縁されているため、不連続積層電極１６０まで仮にインクが浸透した場合でも、インクに電圧が印加され、インクが電気分解を起こし、気体や異物が生成されインク滴の吐出不良となることもない。また、例えば、本実施形態のように、連通部１３の周縁部に金（Ａｕ）からなる金属層を含む不連続金属層９７が設けられ、この不連続金属層９７上にリザーバ形成基板３０が接合されている場合には、特に効果的である。すなわち、不連続金属層９７（金属層９６）は接着剤３５との接着性が低く、不連続金属層９７と接着剤３５との間にはインクが浸透しやすいが、不連続積層電極１６０を設けておくことで、圧電素子保持部３２内へのインクの侵入は確実に防止することができる。

なお、応力緩和層１５０は、不連続積層電極１６０に対応する領域と、第１の積層電極１４０に対応する領域とに分離されていても、上述したような圧電素子保持部３２内へのインクの侵入は防止することはできるが、振動板の破壊を防止するという観点から、応力緩和層１５０は、第１の積層電極１４０及び不連続積層電極１６０に対応する領域に連続的に形成するようにしている。応力緩和層１５０が、第１の積層電極１４０に対応する領域と、不連続積層電極１６０に対応する領域とに分離されていると、応力緩和層１５０の端部に対応する領域の振動板に応力集中が生じてクラック等が発生しやすくなってしまうからである。すなわち、応力緩和層１５０は、少なくとも第１の積層電極１４０と不連続積層電極１６０との間の領域で連続的に設けられていればよく、例えば、図４に示すように、第１の積層電極１４０及び不連続積層電極１６０の下側の領域では、応力緩和層１５０は、これら第１の積層電極１４０及び不連続積層電極１６０の端部に対応する領域のみに設けられていてもよい。勿論、このような構成としても、振動板の破壊を防止しつつ、且つ圧電素子保持部３２内へのインクの侵入も確実に防止することができる。

また、本実施形態のように、密着層９５及び金属層９６からなる不連続金属層９７が連通部１３の開口周縁部に設けられている場合には、例えば、図５に示すように、不連続金属層９７を構成する密着層９５を、不連続積層電極１６０上まで連続的に形成するようにしてもよい。密着層９５は、接着剤３５との接着性が高いため、圧電素子保持部３２内へのインクの侵入をさらに確実に防止することができる。勿論、不連続積層電極１６０上に、接着剤３５との接着性の高い材料、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）等からなる密着層を不連続金属層９７とは別途設けるようにしてもよい。このような構成としても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、この密着層を不連続金属層９７上にも設けることによって、不連続金属層９７と不連続積層電極１６０を一体化させることもできる。

なお、リザーバ形成基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１２０に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１２０の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１２０からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、リザーバ形成基板３０上に実装された図示しない駆動ＩＣからの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、不連続積層電極を、インク連通部及びインク供給路に対応する領域のみに設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、圧電素子保持部の周囲に亘って連続的に設けるようにしてもよい。これにより、例えば、印刷時等にヘッドの外周面に付着したインクが、圧電素子保持部内に侵入するのも防止することができ、インクによる圧電素子の破壊をより確実に防止することができる。

また、例えば、上述の実施形態では、不連続積層電極は、第１の積層電極と同一の層のみで構成されているが、これに限定されず、例えば、不連続積層電極は、複数層で構成されていてもよい。不連続積層電極は、何れにしても、第１の積層電極等の周囲に形成されている膜の高さと同一又はそれよりも高く形成されていればよい。

また、上述の実施形態では、上電極用引き出し配線が第１のリード電極と第２のリード電極とで構成されているが、これに限定されず、上電極用引き出し配線は、第１のリード電極又は第２のリード電極の何れか一方のみで構成されていてもよく、さらにその一方のリード電極と同一の層で、第１の積層電極及び不連続積層電極が形成されていてもよい。これにより、製造工程を簡略化しつつ、応力集中による振動板の破壊を防止することができる。

なお、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図６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。図６に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。

また、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの拡大断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの変形例を示す拡大断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの変形例を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録装置の概略図である。

符号の説明

１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク連通路、 １５ インク供給路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ リザーバ形成基板、 ３１ リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ 上電極用引き出し電極、 ９１ 第１のリード電極、 ９４ 第２のリード電極、 ９７ 不連続金属層、 ９８ 下電極用引き出し電極、 １００ 第１の絶縁膜、 １１０ 第２の絶縁膜、 １２０ リザーバ、 １４０ 第１の積層電極、 １５０ 応力緩和層、 １６０ 不連続積層電極、 ３００ 圧電素子

Claims (9)

1. ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられると共に供給路を介して前記圧力発生室に連通する連通部が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合され前記連通部に連通するリザーバ部を有するリザーバ形成基板とを有し、
   前記供給路に対応する領域には、少なくとも前記リザーバ形成基板が接合される領域の前記振動板上に、前記下電極及び前記上電極とは異なる層で構成され前記下電極と電気的に接続される積層電極が、線膨張係数が前記振動板よりも大きく前記積層電極よりも小さい材料からなる応力緩和層を介して前記圧力発生室の並設方向に沿って延設され、
   且つ前記積層電極の前記連通部側の領域には、前記積層電極に対応する領域から連続的に設けられる前記応力緩和層を介して、当該積層電極とは不連続の不連続積層電極が前記積層電極に並設されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１において、前記供給路が前記流路形成基板を貫通して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は２において、前記積層電極と前記不連続積層電極は互いに絶縁されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記応力緩和層が、セラミックス材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、前記応力緩和層が、前記圧電素子を構成する前記圧電体層と同一の層からなり、且つ前記圧電素子を構成する圧電体層とは分離されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記応力緩和層の厚さが、前記積層電極の厚さと同一か又はそれよりも厚いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項１〜６の何れかにおいて、前記リザーバ形成基板が、圧電素子を保護する圧電素子保持部を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項１〜７の何れかにおいて、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなると共に、前記振動板が前記流路形成基板の表面に形成された二酸化シリコンからなる弾性膜を少なくとも含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。
9. 請求項１〜８の何れかの液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
   
   

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