JP2007144998A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の破壊を確実に防止した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液体を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が設けられた流路形成基板１０の一方面側に設けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００と、該圧電素子３００の側面及び前記上電極８０の少なくとも上面の周縁部を覆うと共に前記上電極８０の上面側に開口する開口部１０１が設けられた無機絶縁材料からなる保護膜１００とを具備し、前記保護膜１００の前記開口部１０１側の端部に厚さが前記開口部１０１に向かって漸小した漸小部１０２を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、液体を噴射する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が形成された基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。

そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、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。このような圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題を有する。

そこで、このような圧電素子の破壊を防止すると共に圧電素子の変形を阻害しないようにするヘッド構造として、圧電素子を構成する上電極の上面の少なくとも周縁及び圧電体層の側面を覆うように、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、有機材料、好ましくは感光性ポリイミドからなる薄い絶縁体膜を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、圧電素子の破壊を防止すると共に圧電素子の変形を阻害しないようにするヘッド構造として、圧電素子を絶縁体からなる保護膜で覆うと共に、上電極の主要部に対応する領域に他の領域よりも薄い薄肉部を設けたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特許第３５５２０１３号（第４頁、第４図） 特開２００１−２６０３５７号公報（第５〜６頁、第７〜８図）

しかしながら、特許文献１の構成では、上電極を露出させた領域の長手方向の端部が規定されておらず、この端部が圧電素子の実質的な駆動部である圧電体能動部の端部よりも外側になっていると、圧電素子が撓み変形した際に、露出された領域の端部近傍に応力が集中し、圧電素子が破壊されてしまうという問題がある。

また、特許文献２では、保護膜の上電極の表面に薄肉部を設けることにより、圧電素子の外部環境に起因する破壊を防止することができるものの、薄肉部は、エッチング時間を調整するハーフエッチングにより形成されるため、薄肉部の厚さの管理が困難であり、均一な変位特性の圧電素子を得るのは難しいという問題がある。さらに、薄肉部によって圧電素子の撓み変形量が減少し、インク吐出特性が低下してしまうという問題がある。

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なく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の破壊を確実に防止した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、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、該圧電素子の側面及び前記上電極の少なくとも上面の周縁部を覆うと共に前記上電極の上面側に開口する開口部が設けられた無機絶縁材料からなる保護膜とを具備し、前記保護膜の前記圧電素子の幅方向及び長手方向の前記開口部側の端部には、厚さが前記開口部に向かって漸小した漸小部が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１の態様では、保護膜によって、圧電素子の湿気等の外部環境に起因する破壊を確実に防止することができると共に、漸小部によって圧電素子の保護膜で覆われた領域と保護膜によって覆われていない開口部との境界の応力を分散することができ、応力集中による圧電素子及び振動板の破壊を防止することができる。

本発明の第２の態様は、前記漸小部が、前記保護膜の前記開口部側の端部の厚さを薄くすることで形成されていることを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、保護膜の端部に段差状の漸小部を設けることによって、圧電素子の保護膜で覆われた領域と保護膜によって覆われていない開口部との境界の応力を分散することができ、応力集中による圧電素子及び振動板の破壊を防止することができる。

本発明の第３の態様は、前記漸小部が、前記保護膜の前記開口部側に向かって厚さが徐々にテーパ状に漸小して形成されていることを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、保護膜の端部にテーパ状の漸小部を設けることによって、圧電素子の保護膜で覆われた領域と保護膜によって覆われていない開口部との境界の応力を分散することができ、応力集中による圧電素子及び振動板の破壊を防止することができる。

本発明の第４の態様は、前記上電極の少なくとも前記開口部に対応する領域には、前記保護膜よりも柔軟な材料からなる柔軟膜が設けられていることを特徴とする第１〜３の何れか一つの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、開口部に保護膜よりも柔軟な材料からなる柔軟膜を設けることにより、保護膜で覆った場合と比べて圧電素子の変形を阻害することなく、さらに応力を分散することができ、応力集中による圧電素子及び振動板の破壊を防止することができる。

本発明の第５の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、該圧電素子の側面及び前記上電極の少なくとも周縁部を覆うと共に前記上電極の表面側に開口する開口部が設けられた無機絶縁材料からなる保護膜とを具備し、前記保護膜よりも柔軟な材料からなる柔軟膜が、前記開口部の少なくとも前記保護膜側に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５の態様では、開口部に柔軟膜を設けることにより、圧電素子の変形を阻害することなく、圧電素子の湿気等の外部環境に起因する破壊を確実に防止することができる。また、柔軟膜によって圧電素子の保護膜で覆われた領域と保護膜によって覆われていない開口部との境界の応力を分散することができ、応力集中による圧電素子及び振動板の破壊を防止することができる。

本発明の第６の態様は、前記柔軟膜が、前記開口部の前記保護膜側のみに設けられていると共に、当該柔軟膜には前記上電極の上面側の中央側に開口する中抜き部が設けられていることを特徴とする請求項５の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、柔軟膜に中抜き部を設けることによって、柔軟膜によって圧電素子の変位特性を低下させることなく、優れた液体噴射特性を得ることができる。

本発明の第７の態様は、前記柔軟膜が、前記保護膜の前記開口部側の開口縁部上に延設されていることを特徴とする第４〜６の何れか一つの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第７の態様では、柔軟膜と保護膜との間に隙間が発生することがなく、隙間に応力集中することによる圧電素子及び振動板の破壊を確実に防止することができる。また、柔軟膜の開口縁部に設けることで、柔軟膜によって圧電素子の変位特性が低下するのを最小限に抑えることができる。

本発明の第８の態様は、前記柔軟膜が、前記圧力発生室に相対向する領域に延設されていることを特徴とする第４〜７の何れか一つの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第８の態様では、複数の圧力発生室に対応して設けられた振動板の振動特性にばらつきが生じるのを防止して、振動特性を均一化できる。

本発明の第９の態様は、前記柔軟膜が、前記保護膜上の全面に延設されていることを特徴とする第４〜８の何れか一つの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第９の態様では、柔軟膜と保護膜との間に隙間が発生することがなく、隙間に応力集中することによる圧電素子及び振動板の破壊を確実に防止することができる。

本発明の第１０の態様は、前記下電極の前記圧力発生室の長手方向の端部が、前記圧力発生室に相対向する領域内に設けられて、前記圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の長手方向の端部を規定していると共に、前記上電極及び前記圧電体層の前記圧力発生室の短手方向の端部が、前記圧力発生室に相対向する領域内に設けられて、前記圧電体能動部の短手方向の端部を規定していることを特徴とする第１〜９の何れか一つの態様に記載の液体噴射ヘッドにある。
かかる第１０の態様では、上電極及び下電極によって、圧電体能動部の長手方向及び短手方向の端部を規定することができ、圧電素子の高密度化を実現できる。

本発明の第１１の態様は、前記開口部の前記圧力発生室の長手方向の端部が、前記下電極の端部よりも内側に設けられていることを特徴とする第１０の態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第１１の態様では、開口部の端部を圧電体能動部の端部に基づいて規定することで、圧電体能動部と実質的に駆動しない圧電体非能動部との境界の剛性を低下させることなく、圧電素子や振動板などの破壊を防止することができる。

本発明の第１２の態様は、前記開口部の前記圧力発生室の長手方向の端部には、当該開口部よりも幅狭の幅狭部が設けられていることを特徴とする第１〜１１の何れか一つの態様の液体噴射ヘッドにある。
かかる第１２の態様では、保護膜に幅狭部を設けることによって、圧電素子の圧電体能動部と圧電体非能動部との境界の応力をさらに分散させることができ、圧電素子や振動板などの破壊を防止することができる。

本発明の第１３の態様は、第１〜１２の何れか一つ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１３の態様では、信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。

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の概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの要部平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図及びＢ−Ｂ′断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。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、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護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１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４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、後述するマスク膜５２を介して接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。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２．５〜４．５［×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などからなる。

一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等からなり厚さが例えば、約０．３〜０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．１〜０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。

ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部３２０が形成されていることになる。

また、本実施形態では、下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、圧電体層７０及び上電極膜８０の圧力発生室１２の幅方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電体能動部３２０の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部３２０は、パターニングされた下電極膜６０及び上電極膜８０によって、圧力発生室１２に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、本実施形態では、圧電体層７０及び上電極膜８０が、図３（ｂ）に示すように、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。

また、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アクチュエータ装置と称する。なお、本実施形態では、下電極膜６０を複数の圧電素子３００の並設方向に亘って設け、下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向の端部を、圧力発生室１２に相対向する位置となるように設けた。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。

そして、圧電素子３００を構成する下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０（圧電体能動部３２０）は、耐湿性を有する無機絶縁材料からなる保護膜１００によって覆われている。具体的には、保護膜１００は、圧電体層７０の側面と上電極膜８０の側面及び上面の周縁部を覆うように設けられている。すなわち、上電極膜８０の上面の略中心領域は、保護膜１００が設けられておらず、上電極膜８０の上面の略中心領域を開口する開口部１０１が設けられている。開口部１０１は、保護膜１００を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向に沿って矩形状に開口するものであり、例えば、流路形成基板１０上の全面に亘って保護膜１００を形成した後、選択的にパターニングすることで形成することができる。

このような開口部１０１の長手方向の端部は、圧電体能動部３２０の長手方向の端部、すなわち、下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向の端部から所定の距離内側となるように設けられている。

また、保護膜１００の圧電素子３００の幅方向及び長手方向の開口部１０１側の端部、すなわち、開口部１０１の周縁部には、図３に示すように、開口部１０１側に向かって厚さが漸小する漸小部１０２が設けられている。本実施形態の漸小部１０２は、保護膜１００の開口部１０１側の端部の厚さを薄く形成することで形成した。なお、本実施形態では、詳しくは後述するが、保護膜１００を１００ｎｍで形成し、漸小部１０２を５０ｎｍで形成した。

なお、本実施形態では、漸小部１０２として、保護膜１００の開口部１０１側の厚さを薄くしたが、特にこれに限定されず、例えば、厚さが異なる複数段の漸小部１０２を形成してもよく、また、厚さが徐々にテーパ状に漸小する漸小部としてもよい。このような漸小部１０２は、流路形成基板１０上の全面に亘って保護膜１００を形成後、レジストを介してパターニングすることにより開口部１０１を形成する際に、漸小部１０２となる領域のレジストの厚さを薄くすることで形成することができる。

このように圧電素子３００を保護膜１００で覆うことにより、大気中の水分等に起因する圧電素子３００の破壊を防止することができる。ここで、このような保護膜１００の材料としては、耐湿性を有する材料であればよいが、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）等の無機絶縁材料を用いるのが好ましく、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いるのが好ましい。保護膜１００の材料として酸化アルミニウムを用いた場合、保護膜１００の膜厚を１００ｎｍ程度と比較的薄くしても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。本実施形態では、保護膜１００としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いた。

また、保護膜１００に開口部１０１を設けることにより、圧電素子３００（圧電体能動部３２０）の変位を阻害することなく、インク吐出特性を良好に保持することができる。さらに、開口部１０１の端部を上述のように圧電体能動部３２０の端部に基づいて規定することにより、圧電体能動部３２０の駆動によって圧電素子３００の圧電体能動部３２０と実質的に駆動しない圧電体非能動部との境界に応力が集中した際に、この境界周辺の剛性を低下させることなく、応力集中による圧電素子３００及び振動板の破壊を防止することができる。

さらに、保護膜１００の開口部１０１側の端部に漸小部１０２を設けたため、漸小部１０２によって圧電体能動部３２０と圧電体非能動部との境界の応力を分散して、応力集中による圧電素子３００及び振動板の破壊を防止することができる。

なお、本実施形態では、保護膜１００を図３（ｂ）に示すように、複数の圧電素子３００（圧電体能動部３２０）に亘って連続して設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、保護膜１００を各圧電素子３００毎に設けるようにしてもよい。

この保護膜１００上には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、保護膜１００に設けられた連通孔１００ａを介して一端部が上電極膜８０に接続されると共に、他端部が流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、延設された先端部は、後述する圧電素子を駆動する駆動回路と接続配線を介して接続されている。

また、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が、接着剤３５によって接合されている。なお、圧電素子保持部３１は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。

また、保護基板３０には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３２が設けられており、このリザーバ部３２は、上述したように、流路形成基板１０の連通部１３と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１１０を構成している。また、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出されている。

また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路２００が固定されている。この駆動回路２００としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路２００とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線２１０を介して電気的に接続されている。

保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、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。

保護基板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。ここで、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３２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１１０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１１０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１１０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、駆動回路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、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。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態では、圧電素子３００は実施形態１と同様の材料からなる耐湿性を有する保護膜１００Ａによって覆われている。具体的には、保護膜１００Ａは、圧電体層７０の側面と上電極膜８０の側面及び上面の周縁部を覆うように設けられている。すなわち、上電極膜８０の上面の略中心領域は、保護膜１００Ａが設けられておらず、上電極膜８０の上面の略中心領域を開口する開口部１０１Ａが設けられている。開口部１０１Ａは、保護膜１００Ａを厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向に沿って矩形状に開口するものである。

また、開口部１０１Ａの圧電素子３００の幅方向及び長手方向の開口部１０１Ａ側の端部、すなわち、開口部１０１Ａの周縁部には、厚さが徐々にテーパ状に漸小する漸小部１０２Ａが設けられている。このような漸小部１０２Ａは、例えば、流路形成基板１０の全面に亘って保護膜１００Ａを形成後、所定形状に設けられたレジストを介してイオンミリングすることで形成することができる。

このように、保護膜１００Ａの開口部１０１Ａ側に厚さがテーパ状に漸小する漸小部１０２Ａを設けることで、漸小部１０２Ａによって圧電体能動部３２０と圧電体非能動部との境界の応力を分散して、応力集中による圧電素子３００及び振動板の破壊を防止することができる。

（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３に係る液体噴射ヘッドの断面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図５に示すように、保護膜１００には、上電極膜８０の表面側に開口部１０１が設けられ、この開口部１０１には、保護膜１００よりも柔軟な材料からなる柔軟膜１０３が設けられている。本実施形態では、保護膜１００としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いたため、柔軟膜１０３として、アルミナよりも柔軟な材料、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）やポリイミドなどが挙げられる。

このように圧電素子３００を覆う保護膜１００の開口部１０１に柔軟膜１０３を設けることにより、圧電素子３００の変形を阻害することなく、圧電体能動部３２０と圧電体非能動部との境界の応力を分散することができ、応力集中による圧電素子３００及び振動板の破壊を防止することができる。

なお、柔軟膜１０３は、少なくとも開口部１０１の保護膜１００側の端部に設けられていれば、保護膜１００と開口部１０１との境界の応力を分散して応力集中による圧電素子３００及び振動板の破壊を防止することができる。

また、本実施形態では、開口部１０１に柔軟膜１０３を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、上述した実施形態１及び２と同様に、保護膜１００の開口部１０１、１０１Ａ側の端部に漸小部１０２、１０２Ａを設け、さらに開口部１０１、１０１Ａに柔軟膜１０３を設けるようにしてもよい。

（実施形態４）
図６は、本発明の実施形態４に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。なお、上述した実施形態３と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図６に示すように、本実施形態では、圧電素子３００は耐湿性を有する保護膜１００によって覆われている。具体的には、保護膜１００は、圧電体層７０の側面と上電極膜８０の側面及び上面の周縁部を覆うように設けられており、上電極膜８０の上面の略中心領域は、保護膜１００が設けられておらず、上電極膜８０の上面の略中心領域を開口する開口部１０１が設けられている。

そして、柔軟膜１０３Ａは、上電極膜８０の開口部１０１により露出された表面と、保護膜１００上の全面とに亘って連続して設けられている。すなわち、柔軟膜１０３Ａは、上電極膜８０の開口部１０１により露出された表面から保護膜１００上の全面に延設されている。

このような柔軟膜１０３Ａの材料としては、上述した実施形態３と同様に、保護膜１００よりも柔軟な材料、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）やポリイミドなどが挙げられる。

このように、柔軟膜１０３Ａを上電極膜８０の開口部１０１により露出された表面から保護膜１００上の全面に亘って延設することで、柔軟膜１０３Ａによって圧電体能動部３２０と圧電体非能動部との境界の応力を分散することができ、応力集中による圧電素子３００及び振動板の破壊を防止することができる。

また、柔軟膜１０３Ａを上電極膜８０の開口部１０１により露出された表面から保護膜１００上の全面に延設することで、開口部１０１の柔軟膜と保護膜１００との間に隙間が発生するのを確実に防止して、柔軟膜と保護膜１００との間の隙間に応力集中が発生するのを確実に防止することができる。すなわち、柔軟膜を上電極膜８０の開口部１０１により露出された表面のみに設けようとすると、マスクを介して部分的にスパッタリング法により形成するか、柔軟膜を全面に形成した後、所定形状にパターニングすることによって形成することができるが、このときの機器の誤差等により柔軟膜と保護膜１００との間に隙間が発生する虞がある。しかしながら、本実施形態のように、柔軟膜１０３Ａを、上電極膜８０の開口部１０１により露出された表面から保護膜１００上の全面に延設することで、この隙間が発生するのを確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、柔軟膜１０３Ａを上電極膜８０の開口部１０１により露出された表面から保護膜１００上の全面に亘って連続して延設するようにしたが、保護膜１００と柔軟膜との間に隙間が発生しないようにするためには、柔軟膜を形成する領域は、特にこれに限定されない。

例えば、図７に示すように、柔軟膜１０３Ｂを開口部１０１の開口縁部を覆うように設ければよい。このような柔軟膜１０３Ｂは、保護膜１００上に２μｍ以上延設すれば、柔軟膜１０３Ｂと保護膜１００との間に隙間が発生するのを確実に防止することができる。また、柔軟膜１０３Ｂのように、保護膜１００上に延設する距離を短くすれば、柔軟膜１０３Ｂによって圧電素子３００の変位特性が低下するのを防止することができ、優れたインク吐出特性を得ることができる。

また、例えば、図８に示すように、柔軟膜１０３Ｃを上電極膜８０の開口部１０１により露出された表面から圧力発生室１２に相対向する領域を覆うように延設してもよい。このように柔軟膜を圧力発生室１２に相対向する領域を覆うように設けることで、複数の圧力発生室１２に相対向する振動板の振動特性にばらつきが生じるのを防止することができる。

なお、図７及び図８は、実施形態４の保護膜の他の例を示すインクジェット式記録ヘッドの他の例である。

また、柔軟膜は、少なくとも開口部１０１の保護膜１００側の端部に設けられていれば、保護膜１００と開口部１０１との境界の応力を分散して応力集中による圧電素子３００及び振動板の破壊を防止することができる。すなわち、図９に示すように、柔軟膜１０３Ｄは、開口部１０１により露出された上電極膜８０の表面の保護膜１００側から保護膜１００上の全面に延設されており、柔軟膜１０３Ｄには、上電極膜８０の上面の略中心領域を開口する中抜き部１０３ａが設けられている。このように柔軟膜１０３Ｄに中抜き部１０３ａを設けることで、柔軟膜１０３Ｄにより圧電素子３００の変位特性が低下するのを防止することができ、優れたインク吐出特性を得ることができる。勿論、このような中抜き部１０３ａは、上述した実施形態３の柔軟膜１０３に設けてもよく、また、図７及び図８に示す柔軟膜１０３Ｂ、１０３Ｃに設けるようにしてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は、上述の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１〜４では、保護膜１００、１００Ａに開口が矩形状の開口部１０１、１０１Ａを設けるようにしたが、開口部１０１、１０１Ａの形状は、特にこれに限定されるものではない。ここで、保護膜１００の開口部の他の形状について図１０を参照して説明する。なお、図１０は、本発明の他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの要部平面図である。図１０に示すように、開口部１０１Ｂの圧力発生室１２の長手方向端部には、開口部１０１Ｂの幅が端部に向かって漸小する幅狭部１０４が設けられている。本実施形態では、幅狭部１０４として、矩形状の角部を面取りした形状で開口するように設けた。このような幅狭部１０４を有する開口部１０１Ｂは、所定形状に開口するレジストを介してイオンミリングすることにより形成することができる。このように開口部１０１Ｂの長手方向端部に幅狭部１０４を設けることにより、圧電素子３００の圧電体能動部３２０と圧電体非能動部との境界の応力集中を分散させることができ、さらに圧電素子３００（圧電体能動部３２０）及び振動板の破壊を防止することができる。なお、図１０に示すように、開口部１０１Ｂに幅狭部１０４を設けた場合にも、上述した実施形態１と同様に、保護膜１００の開口部１０１Ｂ側の端部に漸小部１０２が設けられている。なお、幅狭部１０４を有する開口部１０１Ｂ側の端部に上述した実施形態２と同様に、厚さが徐々に漸小するテーパ状の漸小部１０２Ａを設けるようにしてもよく、また、幅狭部１０４を有する開口部１０１Ｂに上述した実施形態３及び４と同様に、柔軟膜１０３、１０３Ａ〜１０３Ｄを設けるようにしてもよい。

また、図１０に示す例では、幅狭部１０４として、矩形状の角部を面取りした形状で開口するように設けたが、特にこれに限定されず、例えば、図１１に示すように、開口部１０１Ｂの圧力発生室１２の長手方向端部に、開口部１０１Ｂの幅が端部に向かって漸小して三角形状に開口する幅狭部１０４Ａを設けるようにしてもよい。また、図１１に示す例では、幅狭部１０４Ａとして、開口部１０１の幅が漸小して三角形状の開口となるように形成したが、幅狭部１０４、１０４Ａの形状は特にこれに限定されず、例えば、台形状、円形状及び楕円形状の開口となるように形成してもよい。勿論、図１２に示すように、幅狭部１０４Ｂとして、開口部１０１Ｂよりも幅狭の矩形状の開口となるように設けるようにしてもよい。

また、上述した実施形態１〜４では、圧電素子保持部３１を有する保護基板３０を設けるようにしたが、圧電素子３００は保護膜１００によって覆われて外部環境に起因する破壊が防止されているため、保護基板３０を厚さ方向に貫通する圧電素子保持部としてもよく、また保護基板を設けなくてもよい。

さらに、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１３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１３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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

また、上述した実施形態１及び２では、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挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド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液体噴射ヘッド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（電界放出発光ディスプレー）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。さらに、本発明は、このような液体噴射ヘッドに圧力発生手段として搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置に適用することができる。例えば、アクチュエータ装置は、上述したヘッドの他に、センサー等にも適用することができる。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの他の例を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの他の例を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの他の例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る記録ヘッドの要部平面図である。 本発明の他の実施形態に係る記録ヘッドの要部平面図である。 本発明の他の実施形態に係る記録ヘッドの要部平面図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。

符号の説明

１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ 圧電素子保持部、 ３２ リザーバ部、 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 リード電極、 １００、１００Ａ 保護膜、 １０１、１０１Ａ、１０１Ｂ 開口部、 １０２、１０２Ａ 漸小部、 １０３、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄ 柔軟膜、１０３ａ 中抜き部、 １０４、１０４Ａ、１０４Ｂ 幅狭部、 １１０ リザーバ、 ２００ 駆動回路、 ２１０ 接続配線、 ３００ 圧電素子、 ３２０ 圧電体能動部

Claims (13)

1. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、該圧電素子の側面及び前記上電極の少なくとも上面の周縁部を覆うと共に前記上電極の上面側に開口する開口部が設けられた無機絶縁材料からなる保護膜とを具備し、
   前記保護膜の前記圧電素子の幅方向及び長手方向の前記開口部側の端部には、厚さが前記開口部に向かって漸小した漸小部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記漸小部が、前記保護膜の前記開口部側の端部の厚さを薄くすることで形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記漸小部が、前記保護膜の前記開口部側に向かって厚さが徐々にテーパ状に漸小して形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記上電極の少なくとも前記開口部に対応する領域には、前記保護膜よりも柔軟な材料からなる柔軟膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、該圧電素子の側面及び前記上電極の少なくとも周縁部を覆うと共に前記上電極の表面側に開口する開口部が設けられた無機絶縁材料からなる保護膜とを具備し、
   前記保護膜よりも柔軟な材料からなる柔軟膜が、前記開口部の少なくとも前記保護膜側に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 前記柔軟膜が、前記開口部の前記保護膜側のみに設けられていると共に、当該柔軟膜には前記上電極の上面側の中央側に開口する中抜き部が設けられていることを特徴とする請求項５記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記柔軟膜が、前記保護膜の前記開口部側の開口縁部上に延設されていることを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記柔軟膜が、前記圧力発生室に相対向する領域に延設されていることを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
9. 前記柔軟膜が、前記保護膜上の全面に延設されていることを特徴とする請求項４〜８の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
10. 前記下電極の前記圧力発生室の長手方向の端部が、前記圧力発生室に相対向する領域内に設けられて、前記圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の長手方向の端部を規定していると共に、前記上電極及び前記圧電体層の前記圧力発生室の短手方向の端部が、前記圧力発生室に相対向する領域内に設けられて、前記圧電体能動部の短手方向の端部を規定していることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
11. 前記開口部の前記圧力発生室の長手方向の端部が、前記下電極の端部よりも内側に設けられていることを特徴とする請求項１０記載の液体噴射ヘッド。
12. 前記開口部の前記圧力発生室の長手方向の端部には、当該開口部よりも幅狭の幅狭部が設けられていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
13. 請求項１〜１２の何れか一項に記載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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