JP2011073206A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の応力集中を低減して圧電素子の破壊を抑制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】ノズル開口に連通する圧力発生室が短手方向に沿って並設された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に前記圧力発生室１２に対応して設けられて、第１電極６０、該第１電極６０上に設けられた圧電体層７０及び該圧電体層７０上に設けられた第２電極８０を有する圧電素子３００と、を具備し、前記第１電極６０が、前記圧力発生室に対応して独立して設けられていると共に、前記第２電極８０が、前記圧力発生室１２の並設方向に亘って連続して設けられており、前記第２電極８０には、前記第１電極に相対向する領域の端部に当該第２電極８０を貫通する開口部８１が設けられている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、圧電素子を具備する液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置に関する。

液体噴射ヘッドには、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、第１電極、圧電体層及び第２電極からなる圧電素子を設け、圧電素子の駆動によって圧力発生室に圧力変化を生じさせて、ノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドがある。このようなインクジェット式記録ヘッドに採用されている圧電素子は、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がある。この問題を解決するために、例えば、圧電体層の外周面を第２電極で覆うように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、第１電極が共通電極、第２電極が個別電極となっている。

また、圧電素子の第１電極を圧力発生室毎に設けて個別電極とし、第２電極を複数の圧力発生室に亘って連続して設けて共通電極としたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

このうち後者の共通電極が第２電極であるものが、前者の共通電極が第１電極である場合よりも多く用いられる。これは、通常スパッタ法により形成される第２電極が圧縮性であって、液体噴射ヘッド形成直後は、圧力発生室が膨張する凸方向に振動板を変形させており、電極間に駆動電圧を印加させたとき、振動板が凹方向に変位するので、振動板の変位の絶対値を小さくでき、ストレスを小さくできるからである。ただし、第２電極が共通である場合、圧電素子の歪み（凹凸の変位の差）は大きいため、変位時にクラックが発生しやすい。

特開２００５−８８４４１号公報 特開２００９−１７２８７８号公報（図２及び図４参照）

しかしながら、特許文献２の図２及び図４に示すような第２電極を共通電極とするような圧電素子では、圧力発生室の長手方向において第２電極の端部が圧力発生室に相対向する領域に設けられているため、第２電極が設けられている領域と設けられていない領域とで剛性に相違が生じていると共に、第２電極が設けられている領域と設けられていない領域とが電界が発生する領域（駆動領域）と電界が発生しない領域（非駆動領域）との境界部分となっていることから、圧電体層の第２電極が設けられている領域と設けられていない領域との境界部分に応力集中が発生し、圧電体層にクラック等の破壊が生じてしまう虞があるという問題がある。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、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、圧電素子の応力集中を低減して圧電素子の破壊を抑制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目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が短手方向に沿って並設された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に前記圧力発生室に対応して設けられて、第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子と、を具備し、前記第１電極が、前記圧力発生室に対応して独立して設けられていると共に、前記第２電極が、前記圧力発生室の並設方向に亘って連続して設けられており、前記第２電極には、前記第１電極に相対向する領域の端部に当該第２電極を貫通する開口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。
かかる態様では、第２電極に開口部を設けることで、圧電体層の単位面積当たりの第２電極の面積を減少させて、開口部が設けられた領域の圧電体層に印加される電界を減少させることができ、応力集中を抑制して圧電体層の破壊を低減することができる。

ここで、前記第２電極は、前記圧力発生室の長手方向における端部が、当該圧力発生室に相対向する領域内に設けられており、前記開口部が前記第１電極に相対する領域の端部側に設けられていることが好ましい。これによれば、第２電極が設けられた領域と設けられていない領域とで剛性が異なる境界部分で、且つ電界が印加される領域と電界が印加されない領域との境界部分で最も応力集中が発生しやすい部分に開口部を設けることで、応力集中を抑制して圧電体層の破壊を低減することができる。

また、前記開口部は、前記第２電極の表面の単位面積に対する開口率が、前記圧力発生室の長手方向の端部に向かって徐々に大きくなるように設けられていることが好ましい。これによれば、電界が印加される領域と電界が印加されない領域との境界部分で印加される電界を徐々に変化させることができるため、応力集中による破壊をさらに確実に抑制することができる。

また、前記開口部は、前記圧力発生室の長手方向に沿って複数設けられているのが好ましい。これによれば、複数の開口部によって、応力集中が発生する箇所を分散して、さらに応力集中による破壊を抑制することができる。

また、前記開口部は、平面視において矩形状の開口形状を有することが好ましい。これによれば、開口部を容易に且つ高精度に形成することができる。

また、前記開口部は、前記第１電極の前記圧力発生室の短手方向における幅方向に亘って設けられていてもよい。

また、前記第２電極が、互いに隣り合う圧力発生室の間で切り分けられていると共に、前記圧力発生室の外側で連続して設けられていてもよい。

また、前記圧電素子には、前記第２電極上に保護膜が設けられていてもよい。これによれば、圧電体層の破壊をさらに確実に抑制することができる。

さらに、本発明の他の態様は、上記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。かかる態様では、信頼性及び耐久性を向上した液体噴射装置を実現できる。

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断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した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動作を示す断面図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの要部を拡大した平面図である。 実施形態３に係る記録ヘッドの要部を拡大した平面図である。 実施形態４に係る記録ヘッドの要部を拡大した平面図及び断面図である。 実施形態５に係る記録ヘッドの要部を拡大した平面図である。 記録ヘッドの他の例を示す要部を拡大した平面図である。 一実施形態にかかる記録装置の概略図である。

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に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図３は、図２のＢ−Ｂ′断面図であり、図４は、図２及び図３の要部を拡大した平面図及び断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。

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及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のマニホールド部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。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。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。

なお、本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられていることになる。

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、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、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、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、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とが積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極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、第１電極６０を各圧力発生室１２毎に設けることで、圧電素子３００の個別電極とし、第２電極８０を複数の圧力発生室１２に亘って設けることで共通電極としている。また、ここでは、変位可能な圧電素子３００を有する装置をアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極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、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

ここで、圧電素子３００の構成について図３及び図４を参照して詳細に説明する。
圧電素子３００を構成する第１電極６０は、各圧力発生室１２に対応して独立して設けられている。ここで、第１電極６０が各圧力発生室１２に対応して独立して設けられているとは、第１電極６０が圧力発生室１２の並設方向において不連続となるように切り分けられて設けられていることを言う。本実施形態では、第１電極６０を圧力発生室１２の短手方向の幅（圧力発生室１２の並設方向における幅）よりも幅狭に設けることで、第１電極６０を各圧力発生室１２に対応して独立して設けるようにした。

また、このような圧力発生室１２毎に独立して設けられた第１電極６０同士は、電気的に導通されないようにすることで、圧電素子３００の個別電極として機能する。

さらに、第１電極６０は、圧力発生室１２の長手方向において、圧力発生室１２の長手方向端部の外側まで延設されている。この圧力発生室１２の長手方向において、第１電極６０の連通部１３とは反対側に延設された一端部が、詳しくは後述する駆動回路１２０と電気的に接続される端子となっている。すなわち、第１電極６０は、圧電素子３００から引き出されて駆動回路１２０が接続される引き出し配線としても機能する。

圧電体層７０は、本実施形態では、圧力発生室１２に対応して独立して設けられている。すなわち、圧力発生室１２毎に設けられた圧電体層７０は、圧力発生室１２の並設方向において不連続となるように圧力発生室１２毎に切り分けられて設けられていることを言う。

圧電体層７０は、圧力発生室１２の短手方向において、第１電極６０よりも幅広で、且つ圧力発生室１２の短手方向の幅よりも幅狭に設けられており、圧電体層７０は第１電極６０の幅方向の端面を覆っている。

また、圧電体層７０は、圧力発生室１２の長手方向の長さよりも長く設けられている。本実施形態では、圧電体層７０は、圧力発生室１２の長手方向において第１電極６０の連通部１３側の端部を覆う大きさで設けられている。

さらに、圧電体層７０は、圧力発生室１２の長手方向において、第１電極６０の連通部１３とは反対側の端部よりも短く設けられており、第１電極６０の一端部を露出している。この露出された第１電極６０の端部に駆動回路１２０が電気的に接続される。

なお、圧電体層７０は、電気機械変換作用を示す圧電材料、例えば、ペロブスカイト構造を有し金属としてＺｒやＴｉを含む強誘電体材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等からなる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸ジルコン酸バリウム（Ｂａ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）又はマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）等が挙げられる。

圧電体層７０の厚さについては、特に限定されないが、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成すればよい。例えば、圧電体層７０を０．２〜５μｍ前後の厚さで形成することで、所望の結晶構造を得ることが容易となる。本実施形態においては、最適な圧電特性を得るため、圧電体層７０の膜厚を１．２μｍとした。

また、圧電体層７０の製造方法は特に限定されず、例えば、有機金属化合物を溶媒に溶解・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層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成することができる。もちろん、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法等を用いてもよい。

また、本実施形態では、圧電体層７０を圧力発生室１２毎に独立して設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体層７０を複数の圧力発生室１２に亘って連続するように設けてもよい。

第２電極８０は、複数の圧力発生室１２の並設方向に亘って連続して設けられている。ここで、第２電極８０が複数の圧力発生室１２に連続して設けられているとは、図２（ａ）に示すように、隣り合う圧力発生室１２の間で連続しているものも、また、隣り合う圧力発生室１２の間では切り分けられているが、隣り合う圧力発生室１２の間の外側で連続している、所謂、櫛歯状に設けられたものも含む。

また、第２電極８０は、圧力発生室１２の長手方向（圧力発生室１２の並設方向と交差する方向）において、圧力発生室１２に相対向する領域内に設けられている。すなわち、第２電極８０の長手方向（圧力発生室１２の長手方向）の端部は、圧力発生室１２の領域内に位置するように設けられている。

このような第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０で構成される圧電素子３００では、第１電極６０の幅方向（圧力発生室１２の短手方向であって並設方向のこと）の端部によって、圧電体能動部３２０の短手方向の端部（幅）を規定し、第２電極８０の長さ方向（圧力発生室１２の長手方向）の端部によって、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、第２電極８０には、第１電極６０に相対向する領域の端部に当該第２電極８０を貫通する開口部８１が設けられている。開口部８１が第１電極６０に相対向する領域内に設けられているとは、言い換えると、流路形成基板１０を圧電素子３００側から平面視した際に、開口部８１が第１電極６０に重なる位置に設けられているということである。本実施形態では、開口部８１を、第２電極８０の圧力発生室１２の長手方向における両端部にそれぞれ複数個ずつ設けるようにした。また、本実施形態の開口部８１は、圧力発生室１２の短手方向（並設方向）に長い矩形状の開口形状を有する。具体的には、開口部８１は、圧力発生室１２の短手方向において第１電極６０の幅よりも長く、且つ互いに隣り合う圧電素子３００の間において開口部８１同士が不連続となる長さの開口形状で設けられている。このように、開口部８１を圧力発生室１２の短手方向において第１電極６０の幅よりも長い開口形状とすることで、複数の開口部８１を形成した際に、圧力発生室１２の短手方向の位置ずれが生じたとしても、発生する電界強度が変化するのを抑制することができる。また、開口部８１を、圧電素子３００の間において開口部８１同士が不連続となる長さの開口形状で設けることで、隣り合う開口部８１の間の第２電極８０に電圧を印加することができる。

なお、本実施形態では、開口部８１を圧力発生室１２の長手方向における両端部に３個ずつ等間隔となるように設けるようにした。また、各開口部８１の圧力発生室１２の短手方向における長さを同一長さとなるように設けるようにした。すなわち、開口部８１は、第２電極８０の圧力発生室１２の長手方向の端部近傍において、第２電極８０の単位面積に対する開口率が同一となるように設けられている。ちなみに、第２電極８０は、複数の圧力発生室１２に亘って連続して設けられているため、開口部８１を設けたとしても、開口部８１の間の領域には電流が流れるようになっている。

このように、第２電極８０の圧力発生室１２の長手方向における端部に開口部８１を設けることで、第２電極８０の圧力発生室１２の長手方向における端部近傍では、圧電体層７０の単位面積に対する第２電極８０の面積が減少する。これにより、開口部８１が設けられた領域では、開口部８１の分だけ（面積が減少した分だけ）電界が減少して発生する。圧電体層７０は、発生する電界の強度に対応して変位量が変化するため、第２電極８０の開口部８１が設けられた端部近傍では、変位量が低下する。具体的には、圧力発生室１２の長手方向において、第２電極８０の中央部で発生する電界を１００％とすると、例えば第２電極８０の端部に開口部８１が５０％の面積となるように設けられていた場合、第２電極８０の端部では中央部に比べて５０％の電界が発生する。ちなみに、圧力発生室１２の長手方向において、第２電極８０が設けられていない領域では電界が発生しない。（０％）となる。このように、圧力発生室１２の長手方向において、圧電体層７０には電界が印加されない領域と、電界が１００％印加される領域と、これらの境界部分に中央部よりも減少された電界が印加される領域とが存在する。ここで、圧電素子３００を変形させると、図５に示すように、第２電極８０が設けられた領域と第２電極８０が設けられていない領域との境界Ａ、すなわち、第２電極８０の端部に応力集中が発生する。これは、第２電極８０が存在する領域と存在しない領域とで圧電素子３００の剛性に差が生じていると共に、第２電極８０が存在する領域の圧電体層７０には電界が印加されて変形し、第２電極８０が存在しない領域の圧電体層７０には電界が印加されずに自発的に変形しない（圧電体能動部３２０の変形によって追随する変形は行われる）ことから、この境界部分に応力が集中してしまう（図５中点線で示す変形が行われる）。しかしながら、本実施形態では、開口部８１を設けることで、第２電極８０の領域Ａに第２電極８０が設けられていない領域よりも大きく、且つ第２電極８０の中央部よりも小さな電界を印加させることができ、領域Ａの変位量を減少させることができる。この結果、図５に示すように、圧電素子３００が変位した際の境界部分の傾斜角度が緩やかになり、領域Ａに応力集中が発生するのを抑制することができる。これにより、圧電体層７０にクラック等の破壊が発生するのを抑制することができる。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０及び絶縁体膜５５上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述の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マニホールド１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にマニホールドと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、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３２が設けられている。圧電素子保持部３２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。

このような保護基板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。

また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０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１２０と第１電極６０及び第２電極８０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。

また、このような保護基板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からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のマニホールド１００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、マニホールド１００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、図示しない外部のインク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００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１２０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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極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６は、本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの要部を拡大した平面図である。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６に示すように、実施形態２の圧電素子３００Ａは、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０Ａを有する。第１電極６０は、圧力発生室１２毎に設けられた個別電極であり、第２電極８０Ａは、複数の圧力発生室１２に亘って連続して設けられた共通電極である。

圧力発生室１２の長手方向において、第２電極８０Ａの両端部には、それぞれ複数の開口部８１Ａが等間隔となるように設けられている。開口部８１Ａは、第２電極８０Ａの中央部（圧力発生室１２の長手方向）に向けて、圧力発生室１２の短手方向（並設方向）の長さが徐々に漸小するように設けられている。すなわち、開口部８１Ａは、第２電極８０Ａの表面の単位面積に対する開口率が、圧力発生室１２の長手方向の端部に向かって徐々に大きくなるように設けられている。

このような開口部８１Ａを有する第２電極８０Ａでは、圧電体層７０に印加される電界強度が開口部８１Ａの長さに応じて変化する。具体的には、開口部８１Ａの長さが長いと、圧電体層７０に印加される電界強度は低く、開口部８１Ａの長さが短いと、圧電体層７０に印加される電界強度が高くなる。これにより、圧力発生室１２の長手方向において、第２電極８０Ａが設けられていない領域から、第２電極８０Ａが設けられた領域との境界において、電界強度を徐々に変化させることができ、さらに圧電素子３００Ａの変位に伴う応力集中を抑制することができる。

（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの要部を拡大した平面図である。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７に示すように、実施形態３の圧電素子３００Ｂは、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０Ｂを有する。第１電極６０は、圧力発生室１２毎に設けられた個別電極であり、第２電極８０Ｂは、複数の圧力発生室１２に亘って連続して設けられた共通電極である。

圧力発生室１２の長手方向において、第２電極８０Ｂの両端部には、それぞれ複数の開口部８１Ｂが等間隔となるように設けられている。開口部８１Ｂは、第２電極８０Ｂの中央部（圧力発生室１２の長手方向）に向けて、圧力発生室１２の長手方向（並設方向と直交する方向）の幅が徐々に漸小するように設けられている。すなわち、開口部８１Ｂは、第２電極８０Ｂの表面の単位面積に対する開口率が、圧力発生室１２の長手方向の端部に向かって徐々に大きくなるように設けられている。

このような開口部８１Ｂを有する第２電極８０Ｂでは、圧電体層７０に印加される電界強度が開口部８１Ｂの幅に応じて変化する。具体的には、開口部８１Ｂの幅が広いと、圧電体層７０に印加される電界強度は低く、開口部８１Ｂの幅が狭いと、圧電体層７０に印加される電界強度が高くなる。これにより、圧力発生室１２の長手方向において、第２電極８０Ｂが設けられていない領域から、第２電極８０Ｂが設けられた領域との境界において、電界強度を徐々に変化させることができ、さらに圧電素子３００Ｂの変位に伴う応力集中を抑制することができる。

（実施形態４）
図８は、本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの要部を拡大した平面図及び断面図である。なお、上述した実施形態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８に示すように、実施形態４の圧電素子３００Ｃは、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０Ｃを有する。第１電極６０は、圧力発生室１２毎に設けられた個別電極であり、第２電極８０Ｃは、複数の圧力発生室１２に亘って連続して設けられた共通電極である。

圧力発生室１２の長手方向において、第２電極８０Ｃの両端部には、それぞれ複数の開口部８１Ｃが設けられている。開口部８１Ｃは、圧力発生室１２の長手方向に長い矩形状の開口形状を有し、圧力発生室１２の短手方向（並設方向）に向かって等間隔に配置されている。

このような開口部８１Ｃを有する第２電極８０Ｃであっても、上述した実施形態１と同様に、圧力発生室１２の長手方向において、第２電極８０Ｃが設けられていない領域と、第２電極８０Ｃが設けられた領域との境界において、第２電極８０Ｃの中央部に比べて電界強度を低下させて、圧電素子３００Ｃの変位に伴う応力集中を抑制することができる。

（実施形態５）
図９は、本発明の実施形態５に係る記録ヘッドの要部を拡大した平面図である。なお、上述した実施形態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９に示すように、実施形態５の圧電素子３００Ｄは、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０Ｄを有する。第１電極６０は、圧力発生室１２毎に設けられた個別電極であり、第２電極８０Ｄは、複数の圧力発生室１２に亘って連続して設けられた共通電極である。

圧力発生室１２の長手方向において、第２電極８０Ｄの両端部には、それぞれ複数の開口部８１Ｄが圧力発生室１２の短手方向に等間隔となるように設けられている。開口部８１Ｄは、第２電極８０Ｄの中央部（圧力発生室１２の短手方向）に向けて、圧力発生室１２の長手方向（並設方向と直交する方向）の長さが徐々に漸大するように設けられている。すなわち、開口部８１Ｄは、第２電極８０Ｄの表面の単位面積に対する開口率が、圧力発生室１２の長手方向の端部に向かって徐々に大きくなるように設けられている。

このような開口部８１Ｄを有する第２電極８０Ｄでは、圧電体層７０に印加される電界強度が開口部８１Ｄの開口率に応じて変化する。具体的には、開口部８１Ｄの開口率が高いと、圧電体層７０に印加される電界強度は低く、開口部８１Ｄの開口率が低いと、圧電体層７０に印加される電界強度が高くなる。これにより、圧力発生室１２の長手方向において、第２電極８０Ｄが設けられていない領域と、第２電極８０Ｄが設けられた領域との境界において、電界強度を徐々に変化させることができ、さらに圧電素子３００Ｂの変位に伴う応力集中を抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１〜５では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。

また、上述した実施形態１〜５では、圧電素子３００〜３００Ｄの第２電極８０〜８０Ｄとして、隣り合う圧力発生室１２の間で連続しているものを例示したが、特にこれに限定されず、第２電極８０〜８０Ｄが複数の圧力発生室１２に連続して設けられているとは、隣り合う圧力発生室１２の間にでは切り分けられているが、隣り合う圧力発生室１２の間の外側で連続している、所謂、櫛歯状に設けられたものも含むものである。ここで、このような例を図１０に示す。図１０に示すように、圧電素子３００Ｅは、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０Ｅを有し、第２電極８０Ｅは、隣り合う圧力発生室１２の間にでは切り分けられているが、隣り合う圧力発生室１２の間の外側で連続している、所謂、櫛歯状に設けられている。このような圧電素子３００Ｅでは、圧電体能動部３２０の長手方向の一端部を第２電極８０Ｅが規定し、圧電体能動部３２０の長手方向の他端部を第１電極６０が規定している。そして、第２電極８０Ｅには、圧電体能動部３２０の一端部を規定する第２電極８０Ｅの一端部側と、圧電体能動部３２０の他端部を規定する第１電極６０の端部とに複数の開口部８１Ｅが設けられている。また、圧電体能動部３２０の短手方向の端部は、第１電極６０の幅によって規定することも、また、第２電極８０Ｅの幅によって規定することもできる。

また、上述した実施形態１〜５では、圧電素子３００〜３００Ｄの上に耐湿度性を有する保護膜を設けなくても、第１電極６０の圧力発生室１２の長手方向における一端部は、圧電体層７０によって覆われているため、第１電極６０と第２電極８０〜８０Ｅとの間で電流がリークすることがなく、圧電素子３００〜３００Ｅの破壊を抑制することができる。なお、第１電極６０の圧力発生室１２の長手方向の他端部は圧電体層７０に覆われていないが、第１電極６０と第２電極８０〜８０Ｅとの間に距離があるため、特に影響が無い。もちろん、上述した実施形態１〜５の圧電素子３００〜３００Ｅに耐湿度性を有する保護膜を設けることで、圧電素子３００〜３００Ｅをさらに確実に保護することができるが、上述した実施形態１〜５の圧電素子３００〜３００Ｅのように保護膜を設けないことで、保護膜が圧電素子３００〜３００Ｅの変位を阻害することがなく、大きな変位量を得ることができる。

さらに、上述した実施形態１〜５では、圧電体層７０を各圧力発生室１２毎に切り分けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧力発生室１２の並設方向に亘って連続する圧電体層７０を設けるようにしてもよい。

また、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１１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１１に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩ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、駆動モーター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ー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、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

なお、上述した実施形態１〜５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、プリンター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ー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。

Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ＩＩ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ マニホールド部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ、８０Ｅ 第２電極、 ８１、８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄ、８１Ｅ 開口部、 １００ マニホールド、 １２０ 駆動回路、 ３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄ、３００Ｅ 圧電素子、 ３２０ 圧電体能動部

Claims (9)

1. ノズル開口に連通する圧力発生室が短手方向に沿って並設された流路形成基板と、
   該流路形成基板の一方面側に前記圧力発生室に対応して設けられて、第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子と、を具備し、
   前記第１電極が、前記圧力発生室に対応して独立して設けられていると共に、前記第２電極が、前記圧力発生室の並設方向に亘って連続して設けられており、
   前記第２電極には、前記第１電極に相対向する領域の端部に当該第２電極を貫通する開口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. 前記第２電極は、前記圧力発生室の長手方向における端部が、当該圧力発生室に相対向する領域内に設けられており、前記開口部が前記第１電極に相対する領域の端部側に設けら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. 前記開口部は、前記第２電極の表面の単位面積に対する開口率が、前記圧力発生室の長手方向の端部に向かって徐々に大きくなるように設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記開口部は、前記圧力発生室の長手方向に沿って複数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. 前記開口部は、平面視において矩形状の開口形状を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記開口部は、前記第１電極の前記圧力発生室の短手方向における幅方向に亘って設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記第２電極が、互いに隣り合う圧力発生室の間で切り分けられていると共に、前記圧力発生室の外側で連続して設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記圧電素子には、前記第２電極上に保護膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
9. 請求項１〜８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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