JP2012161958A

JP2012161958A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

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Publication number: JP2012161958A
Application number: JP2011023008A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kojima; 力小島; Eiki Hirai; 栄樹平井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2012-08-30

Abstract

【課題】信頼性が向上した液体噴射ヘッド及び該液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置を提供する。
【解決手段】ノズル孔に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室の上に形成された振動板と、前記振動板の基面の上に並設された複数の第１電極１０と、前記振動板上において、複数の第１電極をそれぞれ覆うように形成された複数の圧電体層と、前記複数の前記圧電体層を連続して覆うように形成された第２電極３０と、第２電極の上に形成された一対の導電層４０と、を含み、前記圧電体層は、第１電極と第２電極によって挟まれた駆動領域２５を有し、一対の導電層は、駆動領域の両端をそれぞれ押さえるように配置され、前記基面の法線方向から見た場合に、導電層に第１電極の外周が交差する線を交差線としたとき、導電層は、前記交差線に沿って駆動領域の中央側に向かう突出部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

例えばインクジェットプリンター等の液体噴射装置において、インク等の液滴を噴射するために、圧電素子を備えた液体噴射ヘッドが知られている。このような液体噴射ヘッドは、例えば、駆動信号等によって圧電素子を変位させることにより、圧電素子の下方に形成された圧力発生室内の圧力を変化させることができる。これによって、ノズル孔から圧力発生室内に供給されたインクなどの液滴を噴射させることができる。

このような液体噴射ヘッドにおいて、圧電素子の過剰な歪集中を抑制するために、素子間で共通である上部電極と素子の個別である下部電極とによって挟まれた圧電体層の駆動領域の上方（例えば、駆動領域の長手方向の端部上方）であってその上部電極の両端部に、導電層を設けることが知られている（特許文献１）。このような液体噴射ヘッドでは、駆動領域の変形を局所的に抑制していることから、導電層が設けられた周辺領域において、せん断歪量が増加し、信頼性が低下する可能性がある。そのため、導電層が設けられた周辺領域においてせん断歪量が低減され、信頼性が向上した液体噴射ヘッド等が望まれている。

特開２０１０−２０８０７１号公報

本発明の目的の１つは、せん断歪量を減少させ信頼性が向上した液体噴射ヘッドおよび前記液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置を提供することにある。

（１）本発明に係る液体噴射ヘッドは、ノズル孔に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室の上に形成され、基面を有する振動板と、前記振動板の前記基面の上において、第１の方向に延び、かつ、前記第1の方向と直交する第２の方向において並設された複数の第１電極と、前記振動板上において、複数の前記第１電極をそれぞれ覆うように形成された複数の圧電体層と、前記第２の方向に延び、複数の前記圧電体層を連続して覆うように形成された第２電極と、前記第２電極の上において、前記第２の方向に延びるように形成された一対の導電層と、を含み、前記圧電体層は、前記第１電極と前記第２電極によって挟まれ、前記第１の方向に延びる駆動領域を有し、一対の前記導電層は、前記駆動領域の前記第１の方向に沿った両端をそれぞれ押さえるように配置され、前記基面の法線方向から見た場合に、前記導電層に前記第１電極の外周が交差する線を交差線としたとき、前記導電層は、前記交差線に沿って前記駆動領域の中央側に向かう突出部を備える。

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。

本発明によれば、せん断歪を低減し信頼性が向上した液体噴射ヘッドを提供することができる。

（２）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記法線方向から見た場合、前記突出部は、前記交差線に対して線対称な形状であってもよい。

（３）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記法線方向から見た場合、前記突出部の外縁は、直線または曲線を含めて構成されてもよい。

（４）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記導電層の前記第１の方向における両側面のうち、前記駆動領域の中央側の側面と反対側の側面は、前記第２電極の前記第１の方向における側面と連続していてもよい。

（５）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記導電層は、金を含んでいてもよい。

（６）本発明に係る液体噴射装置は、
上記のいずれかの液体噴射ヘッドを有する。

本発明によれば、信頼性の向上した液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置を提供することができる。

本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図。図２（Ａ）は、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線における要部を模式的に示す断面図、図２（Ｂ）は、図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線における要部を模式的に示す断面図、図２（Ｃ）は、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線における要部の変形例を模式的に示す断面図。図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部の変形例を模式的に示す平面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。図５（Ａ）は、比較例に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図、図５（Ｂ）は、実施例に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図。実施例および比較例に係るせん断歪量の変化を示すグラフ。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。

以下に、本発明を適用した実施形態の一例について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。本発明は、以下の実施形態およびその変形例を自由に組み合わせたものを含むものとする。

１．液体噴射ヘッド
以下、図面を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッドについて説明する。

図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド６００の要部である圧電素子１００を模式的に示す平面図であり、図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。なお、図１は、後述される振動板１の基面２の法線方向から見た場合の平面図である。

図１〜図２（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る液体噴射ヘッド６００は、圧力発生室６２２を有する流路形成板６２０と、流路形成板６２０の上方に形成された振動板１と、振動板１の上方に形成された圧電素子１００と、流路形成板６２０の下方に形成されたノズル板６１０と、を含む。

振動板１は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、ノズル孔６１２に連通する圧力発生室６２２の上に形成される。振動板１は、プレート状の部材であって、後述する圧電素子１００が形成される基面２と、流路形成板６２０側の裏面３とを有する。振動板１の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、振動板１は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。このとき、振動板１は、例えば、酸化ジルコニウムや酸化シリコンなどの絶縁膜、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜、からなる複数の膜の積層体であってもよい。例えば、第１の層１ａと、第２の層１ｂとの積層体であってもよい。ここで、例えば、第１の層１ａは、酸化ジルコニウムからなり、第２の層１ｂは、酸化シリコンからなっていてもよい。振動板１は、振動部を構成する。言い換えれば、後述される圧電素子１００が変位することによって振動（変位）することができる。これにより、下方に形成された圧力発生室６２２の体積を変化させることができる。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド６００の圧電素子１００は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、振動板１の基面２の上において形成される。

図１、図２（Ａ）、および図２（Ｂ）に示すように、圧電素子１００は、振動板１の基面２の上において、第１の方向Ａに延びる第１電極１０と、振動板１上において、第１電極１０を覆うように形成された圧電体層２０と、第１の方向Ａと直交する第２の方向Ｂに延び、圧電体層２０を覆うように形成された第２電極３０と、第２電極３０の上において、第２の方向Ｂに延びるように形成された一対の導電層４０と、を含み、圧電体層２０は、第１電極１０と第２電極３０によって挟まれ、第１の方向Ａに延びる駆動領域２５を有する。

図１、図２（Ａ）、および図２（Ｂ）に示すように、圧電素子１００のうち、少なくとも駆動領域２５は、圧力発生室６２２の上方に配置される。図２（Ｂ）に示すように、圧電素子１００の数は特に限定されず、複数形成されていてよい。なお、圧電素子１００が複数形成される場合は、後述される第２電極３０が共通電極となる。

圧電素子１００が複数形成される場合、第１電極１０は、基面２の上において、第１の方向Ａに延び、かつ、第1の方向Ａと直交する第２の方向Ｂにおいて複数並設されていてもよい。また、圧電体層２０は、複数の第１電極１０をそれぞれ覆うように形成されていてもよい。また、第２電極３０は、第２の方向Ｂに延び、複数の圧電体層２０を連続して覆うように形成されていてもよい。以下、圧電素子１００の詳細について説明する。

第１電極１０は、図２（Ａ）に示すように、第１の方向Ａに延びるように形成される。ここで、第１の方向Ａに対して実質的に直交した方向を第２の方向Ｂとする。第１の方向Ａおよび第２の方向Ｂは、基面２に沿った面内方向である。図１および図２（Ａ）に示すように、第１電極１０は、第１の方向Ａにおける一方の端部１１を有する。第１電極１０の配置は、少なくとも一部が圧力発生室６２２の上方に設けられる限り、特に限定されない。

図２（Ａ）に示すように、第１電極１０は、後述されるリード配線６０との電気的接続部１２を有する。電気的接続部１２の位置は、圧力発生室６２２の上方以外であれば特に限定されない。電気的接続部１２は、例えば、駆動領域２５を挟んで端部１１とは反対側に位置していてもよい。

第１電極１０は、圧電素子１００において下部電極（第２電極３０と対になる電極）を構成する。第１電極１０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、第１電極１０は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第１電極１０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第１電極１０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第１電極１０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒなどの各種の金属およびこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。

図２（Ａ）に示すように、基面２の上には、導電層１５が設けられていてもよい（図１には図示せず）。導電層１５は、第１電極１０を所望の形状にパターニングされる際に、同じ材料でもって同時に形成されてもよい。導電層１５の形成される領域は、第１電極１０と電気的に絶縁されている限り特に限定されない。

圧電体層２０は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示されるように、第１電極１０と第２電極３０との間に配置されている。図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、圧電体層２０は、第１電極１０および基面２の上に形成される。例えば、圧電体層２０は、基面２の上において、第１電極１０を覆うように形成されていてもよい。図１に示すように、圧電体層２０は、圧力発生室６２２の上方において、第１の方向Ａに延びるように形成されていてもよい。図２（Ｂ）に示すように、圧電体層２０は、後述される第２電極３０が形成される上面２１（第１電極１０側の面とは反対側の面）と、テーパー状の側面２２と、を有する。側面２２は、圧電体層２０の第１電極１０側の面と、上面２１と、を連続させる面である。図１および図２（Ｂ）に示すように、圧電素子１００が複数形成される場合、側面２２が形成する開口部によって、それぞれのセグメント間における圧電体層２０を離間させていてもよい。

圧電体層２０は、第１電極１０と後述される第２電極に挟まれた駆動領域２５を有する。ここで、図２（Ａ）に示すように、駆動領域２５の第１の方向Ａおける中央部に位置する断面を中央面Ｃとする。また、駆動領域２５の第１の方向Ａにおける端面を端面Ｄとする。

圧電体層２０の材質としては、一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト型酸化物が好適に用いられる。このような材質の具体的な例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３）などが挙げられる。

圧電体層２０は、図１および図２（Ａ）に示すように、第１電極１０の電気的接続部１２の上において、第１電極１０の一部が露出するような開口部２６が形成される。開口部２６の位置は、電気的接続部１２の上であって、後述される第２電極３０に離間していればよく、特に限定されない。開口部２６の形状は、第２導電部である第１電極１０を露出させることができればよく、特に限定されない。

第２電極３０は、図２（Ａ）に示すように、圧電体層２０の上に形成される。第２電極３０は、第１電極１０と、圧電体層２０を挟むように配置される。図２（Ｂ）に示すように、第２電極３０は、第２の方向Ｂにおいて、圧電体層２０の一方の側面２２から上面２１を経由し、他方の側面２２を連続して覆うように形成されていてもよい。また、複数の圧電素子１００が設けられる場合、複数の圧電体層２０を連続して覆うように形成されていてもよい。

図１に示すように、第２電極３０は、第１の方向Ａにおける一方の端部３１を圧力発生室６２２の上方において有していてもよい。これにより、図２（Ａ）に示すように、駆動領域２５の一方の端面Ｄが規定されてもよい。図１に示すように、第２電極３０は、第１の方向Ａにおける他方の端部３２を圧力発生室６２２の上方において有していてもよい。これにより、図２（Ａ）に示すように、駆動領域２５の他方の端面Ｄが規定されてもよい。端部３２は、図１に示すように、開口部３２を形成していてもよい。開口部３２は、第１電極１０の端部１１の上方における圧電体層２０を露出させるように配置されていてもよい。また、図示はされないが、隣り合う複数の圧電素子１００のセグメント間で端部３２が連続していてもよい。

第２電極３０は、圧電素子１００において上部電極（第１電極１０と対になる電極）を構成する。第２電極３０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、第２電極３０は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第２電極３０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第２電極３０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第２電極３０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒなどの各種の金属およびこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。

図２（Ａ）に示すように、圧電体層２０の上には、導電層３５および導電層３６が形成されていてもよい。導電層３５は、図１に示すように、第２電極３０と連続する部分であって、圧力発生室６２２の上方以外の領域に設けられる部分であってもよい。導電層３６は、第１電極１０の電気的接続部１２と、後述されるリード配線６０との間に設けられていてもよい。導電層３６は、開口部２６を覆うように設けられていてもよい。

図１、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、第２電極３０の上に一対の導電層４０が形成される。一対の導電層４０は、駆動領域２５の第１の方向Ａに沿った両端をそれぞれ押さえるように配置される。以下に詳細を説明する。

導電層４０は、第２電極３０の上において、第２の方向Ｂに延びるように形成される。図１および図２（Ａ）に示すように、導電層４０は、駆動領域２５の上方であって、駆動領域の第１の方向Ａにおける中央面Ｃよりも、駆動領域の第１の方向Ａにおける端面Ｄ側に位置する。図１および図２（Ａ）に示すように、第２電極の上において、一対の導電層４０が形成され、一対の導電層４０は、駆動領域２５の両端面Ｄの上方にそれぞれ設けられていてもよい。図１および図２（Ｂ）に示すように、複数の圧電素子１００が設けられる場合、導電層４０は、連続して設けられてもよい。

前述のように、導電層４０は、駆動領域２５の長手方向における端部の上方に設けられる。これにより、長手方向の端部周辺における圧電素子１００のせん断歪を抑制することができる。したがって、圧電素子１００の変位量、長手方向の端部周辺のせん断歪量などを考慮して、配置、厚み、幅など適宜設計することができる。導電層４０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、導電層４０は、単層で形成されていてもよい。あるいは、導電層４０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。導電層４０は、導電性を有した層からなっていてもよい。導電層４０は、例えば、金（Ａｕ）、ニッケル−クロム合金（Ｎｉ−Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などを含む金属層であってもよい。導電層４０は、好適には、金を用いて形成されてもよい。

ここで、導電層４０は、基面２の法線方向から見た場合に、導電層４０に第１電極１０の外周が交差する線を交差線（図示の例では「仮想線Ｆ」で示す）としたとき、導電層４０は、交差線（図示の例では「仮想線Ｆ」で示す）に沿って駆動領域２５の中央側に向かう突出部４５を有する。以下に詳細を説明する。

図１に示すように、導電層４０の第１の方向Ａにおける両側面４１、４２のうち、駆動領域２５の中央面Ｃ側の側面４２は、第１の方向Ａにおいて突出した突出部４５を有する。ここで、突出部４５が突出する長さは、抑制したいせん断歪量により適宜決定される事項である。

図１に示すように、突出部４５は、駆動領域２５の第２の方向Ｂにおける端面Ｅの上方に位置する。図１に示すように、駆動領域２５の一方の端部において、突出部４５は２つ設けられていてもよい。突出部４５の形状は、第１の方向Ａにおいて突出した形状であれば特に限定されない。基面２の法線方向から見たときの突出部４５の形状は、駆動領域２５の端面Ｅの上方の仮想線を線Ｆとした場合に、実質的に、線Ｆを対称軸とした線対称な形状であってもよい。これによれば、圧電素子１００の変位量の分布をより均一に保つことができ、圧電素子１００の信頼性を向上させることができる。

図１に示すように、突出部４５は、矩形形状であってもよい。ここで、図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、突出部４５の変形例を示す平面図である。図３（Ａ）に示すように、突出部４５は略円弧形状であってもよい。また、図３（Ｂ）に示すように、突出部４５の形状は、突出する方向において、徐々に第２の方向Ｂにおける幅が小さくなるように形成されていてもよい。言い換えれば、突出部４５の外縁は、直線および／または曲線で構成されていてもよい。

図２（Ｃ）は導電層４０の変形例を示す断面図である。図２（Ｃ）に示すように、導電層４０の第１の方向Ａにおける両側面４１、４２のうち、中央面Ｃ側の側面４２とは反対側の側面４１は、第２電極３０の第１の方向Ａにおける端部３１、３２（開口部３２）と連続していてもよい。これによれば、より効果的に、駆動領域２５の端面Ｄ周辺の端部におけるせん断歪を抑制することができる。

また、図２（Ｃ）に示すように、導電層３５の上に、導電層４０と同じ材料からなる導電層４６が形成されていてもよい。図示はされないが、導電層４６は、導電層４０と連続して形成され、電気的に接続していてもよい。導電層４６は、図２（Ａ）には図示されないが、図２（Ａ）に係る形態においても形成されていてもよい。

リード配線６０は、図２（Ａ）に示すように、第１電極１０の電気的接続部１２と電気的に接続される。リード配線６０の形状および構造は、電気的接続部１２と電気的に接続される限り特に限定されない。図示はされないが、導電層３６が形成されず、開口部１２内の電気的接続部１２に直接リード配線６０が接続されていてもよい。リード配線６０は、導電性を有した層からなり、圧電素子１００において第１電極１０へのリード線を構成する。リード配線６０は、例えば、金（Ａｕ）、ニッケル−クロム合金（Ｎｉ−Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などを含む金属層であってもよい。リード配線６０は、導電層４０と同じ材料からなり、同時に形成されていてもよい。これによれば、製造工程を簡便化することができる。図示はされないが、リード配線６０は、外部駆動回路と接続されていてもよい。これによって、第１電極１０が、リード配線６０を介して、例えば外部駆動回路と電気的に接続されることができる。

図４は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す分解斜視図である。液滴噴射ヘッド６００は、図２（Ａ）に示すように、ノズル孔６１２を有するノズル板６１０と、圧力発生室６２２を形成するための流路形成板６２０と、圧電素子１００と、を含む。さらに、液滴噴射ヘッド６００は、図４に示すように、筐体６３０を有することができる。なお、図４では、圧電素子１００を簡略化して図示している。

ノズル板６１０は、図２（Ａ）および図４に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクなどの液体等（液体のみならず、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したもの、又は、メタルフレーク等を含むものなどを含む。以下同じ。）を液滴として吐出されることができる。ノズル板６１０には、例えば、多数のノズル孔６１２が一列に設けられている。ノズル板６２０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを挙げることができる。

流路形成板６２０は、ノズル板６１０上（図４の例では下）に設けられている。流路形成板６２０の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。流路形成板６２０がノズル板６１０と振動板１との間の空間を区画することにより、図４に示すように、リザーバー（液体貯留部）６２４と、リザーバー６２４と連通する供給口６２６と、供給口６２６と連通する圧力発生室６２２と、が設けられている。この例では、リザーバー６２４と、供給口６２６と、圧力発生室６２２とを区別して説明するが、これらはいずれも液体等の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供給口６２６は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。リザーバー６２４、供給口６２６および圧力発生室６２２は、ノズル板６１０と流路形成板６２０と振動板１とによって区画されている。リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、流路形成板６２０と振動板１との間に設けられた貫通孔６２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー６２４内のインクは、供給口６２６を介して、圧力発生室６２２に供給されることができる。圧力発生室６２２は、振動板１の変形により容積が変化する。圧力発生室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力発生室６２２の容積が変化することによって、ノズル孔６１２から液体等が吐出される。

圧電素子１００は、流路形成板６２０上（図４の例では下）に設けられている。圧電素子１００は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１は、積層構造（圧電体層２０）の動作によって変形し、圧力発生室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。

封止板６３０は、図４に示すように、ノズル板６１０、流路形成板６２０および圧電素子１００を収納することができる。封止板６３０の材質としては、例えば、樹脂、金属などを挙げることができる。

なお、ここでは、液滴噴射ヘッド６００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液滴噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ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ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。

以上のいずれかの構成により、圧電素子１００を備える液体噴射ヘッドの構成とすることができる。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド６００は、図１に示すように、第２電極３０の上に突出部４５を備えた導電層４０を有する。これによれば、駆動領域２５の長手方向の端部周辺において、過剰なせん断歪の発生を抑制することができる圧電素子１００を備える液体噴射ヘッド６００を提供することができる。詳細は後述される。

２．実施例
以下、本発明に係る液体噴射ヘッドの実施例と比較例を、図面を参照しながら説明する。図５（Ａ）は、比較例に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図であり、図５（Ｂ）は、実施例に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図である。図６は、比較例および実施例に係るせん断歪量の変化量を示すグラフである。

２．１比較例
本比較例においては、図５（Ａ）に示すように、導電層４０に、上述された突出部４５が形成されていない形態において発生するせん断歪量を、コンピューターによるシミュレーションによって算出した。導電層４０の厚みは６５０ｎｍ、１３００ｎｍ、２６００ｎｍとし、せん断歪量測定ポイントＧは、図５（Ａ）に示すように、駆動領域２５の第２の方向Ｂにおける端面Ｅの上方に位置する仮想線Ｆとの交点とした。測定ポイントＧにおける導電層４０のヤング率を８０［ＧＰａ］とした。

２．２実施例
実施例においては、図５（Ｂ）に示すように、突出部４５を設けた形態において発生するせん断歪量を、コンピューターによるシミュレーションによって算出した。突出部４５の第１の方向Ａにおける長さＬ１は８．５ｕｍとし、第２の方向Ｂにおける長さＬ２は８．３５ｕｍとした。実施例における測定ポイントＧは、図５（Ｂ）に示すように、導電層４０の側面４２における直線と、仮想線Ｆとの交点とした。突出部４５を設けたこと以外は、比較例と同じ条件でシミュレーションを行った。

２．３せん断歪量の比較
図６に示すように、導電層４０の厚みは６５０ｎｍ、１３００ｎｍ、２６００ｎｍとしたすべての場合において、実施例のほうが比較例と比べてせん断歪量が約２５％低減されていることがわかった。したがって、本実施形態に係る液体噴射ヘッドによれば、駆動領域２５の長手方向の端部周辺において、過剰なせん断歪の発生を抑制することができる。つまりは、せん断歪量の増加による物理的な破壊等の発生の可能性を低減することができ、信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することができる。

３．液体噴射ヘッドの製造方法
以下、図面を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法について説明する。

図７〜図１１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド６００の製造方法を模式的に示す断面図である。

なお、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、流路形成板６２０、ノズル板６１０を形成するために用いられる材質が単結晶シリコン等を用いる場合と、ステンレス等を用いる場合とによって異なる。以下において、単結晶シリコンを用いた場合の液体噴射ヘッドの製造方法を一例として記載する。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、特に以下の製造方法に限定されず、ニッケルやステンレス鋼、ステンレス等を材料として用いる場合は、公知の電鋳法等の工程を含んでいてもよい。また、各工程の先後は、以下に記載の製造方法に限定されるものではない。

図７に示すように、準備された単結晶シリコンからなり、加工されて流路形成板６２０となる基板６２０ａの上に、振動板１を形成する。振動板１は、公知の成膜技術によって形成される。例えば、振動板１は、酸化シリコンからなる第２の層１ｂを熱処理法などにより形成した後、酸化ジルコニウムからなる第１の層１ａをスパッタリング法等によって形成してもよい。

振動板１を形成した後に、図７に示すように、振動板１の基面２上に第１電極１０を形成する。ここで、第１電極１０の詳細な構成は、前述されているため、省略する。第１電極１０は、公知の成膜技術によって形成されてもよい。例えば、白金、イリジウム等をスパッタリング法等によって積層することによって導電層（図示せず）を形成し、導電層を所定の形状にエッチングすることによって第１電極１０を形成してもよい。このとき、第１電極１０をパターニングする際に、導電層１５を形成してもよい。

ここで、図示はされないが、第１電極１０を形成するための導電層がエッチングによってパターニングされる前に、該導電層の上に圧電体層２０と同じ材料からなる膜を形成してもよい。該膜は、少なくとも、所望の形状にパターニングされる第１電極１０が形成される領域に形成されてもよい。これによれば、第１電極１０をパターニングするエッチング工程において、使用されるエッチャントによる化学的なダメージから第１電極１０と圧電体層２０との結晶配向の低下を保護することができる。

次に、図８に示すように、第１電極１０を覆うように圧電体層２０を形成する。ここで、圧電体層２０の詳細な構成は、前述されているため、省略する。圧電体層２０は、塗布法などにより成膜された圧電体層膜をパターニングすることによって形成される。具体的には、圧電体層膜は、例えば、公知の圧電材料である前駆体を基面２の上に塗布して加熱処理されて形成されてもよい。用いられる前駆体としては、加熱処理によって焼成した後、分極処理され、圧電特性を発生させるものであれば特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の前駆体を用いてもよい。

ここで、例えば圧電体層２０をチタン酸ジルコン酸鉛によって形成する場合、図示はされないが、チタンからなる中間チタン層を基面２の上の全面に形成した後に、圧電材料である前駆体を塗布したりしてもよい。これによれば、前駆体を加熱処理によって、圧電体層２０を結晶成長させる際、基面２上での結晶大粒の発生を抑制できる。なお、中間チタン層は加熱処理時に圧電体層２０の結晶内に取り込まれることができる。

次に、図９に示すように、第２電極３０を圧電体層２０の上に形成する。ここで、第２電極３０の詳細な構成は、前述されているため、省略する。図９に示すように、第２電極３０をパターニングにより形成する際、導電層３５、３６を形成してもよい。第２電極３０は、公知の成膜技術によって形成されてもよい。第２電極３０は、例えば、白金、イリジウム等をスパッタリング法等によって積層することによって形成してもよい。

次に、図１０に示すように、導電層４０を第２電極３０の上に形成する。ここで、導電層４０の詳細な構成は、前述されているため、省略する。導電層４０は、公知の成膜技術によって成膜された導電層を所望の形状にパターニングすることによって形成される。ここで、導電層４０をパターニングする際、リード配線６０を同時に形成してもよい。また、ここで、図示はされないが、導電層３５の上に導電層４６を形成してもよい。

以上の説明では、第２電極３０をパターニングした後に、導電層４０のパターニングを行ったが、これに限定されず、第２電極３０と導電層４０を共通のレジストを用いて、同時にパターニングを行って製造してもよい。

図１１に示すように、封止板６３０を圧電素子１００の上方より搭載する。ここで、圧電素子１００は、封止領域内に封止されることができる。封止板６３０は、例えば、接着剤によって圧電素子１００を封止してもよい。次に、図１１に示すように、流路形成板６２０ａを所定の厚みに薄くし、圧力発生室６２２などを区画する。例えば、所定の厚みを有した基板６２０ａに対し、所望の形状にパターニングされるようにマスク（図示せず）を、振動板１が形成された面と反対の面に形成し、エッチング処理することによって、圧力発生室６２２、供給路（および連通路）６２６、およびリザーバー６２４を区画する（図４参照）。以上によって、振動板１の下方に圧力発生室６２２を有した流路形成板６２０を形成することができる。流路形成板６２０を形成した後、図１１に示すように、ノズル孔６１２を有したノズル板６１０を、例えば接着剤等により所定の位置に接合する。これによって、ノズル孔６１２は、圧力発生室６２２と連通する。

以上のいずれかの方法により、液体噴射ヘッド６００を製造することができる。なお、前述の通り、液体噴射ヘッド６００の製造方法は、上述の製造方法に限定されずに、流路形成板６２０およびノズル板６１０を、電鋳法等を用いて一体形成してもよい。

４．液体噴射装置
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。

液体噴射装置７００は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。以下では、本発明に係る液体噴射ヘッドとして、液体噴射ヘッド６００を用いた例について説明する。

液体噴射装置７００は、図１２に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。液体噴射装置７００は、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。

ヘッドユニット７３０は、上述した液体噴射ヘッド６００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。

駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。

往復動機構７４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。

なお、本実施形態では、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる液体噴射装置の例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であればよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。

制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０および給紙部７５０を制御することができる。

給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａおよび駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。

液体噴射装置７００によれば、信頼性が向上した液体噴射ヘッド６００を有することができる。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

１振動板、２基面、３裏面、１０第１電極、１１端部、１２電気的接続部、
１５導電層、２０圧電体層、２１上面、２２側面、２５駆動領域、
２６開口部、３０第２電極、３１端部、３２端部（開口部）、３５導電層、
３６導電層、４０導電層、４１側面、４２側面、４５突出部、４６導電層、
１００圧電素子、６００液体噴射ヘッド、６１０ノズル板、６１２ノズル孔、
６２０流路形成板、６２２圧力発生室、６２４リザーバー、６２６供給口、
６２８貫通孔、６３０封止板、７００液体噴射装置、７１０駆動部、
７２０装置本体、７２１トレイ、７２２排出口、７３０ヘッドユニット、
７３１インクカートリッジ、７３２キャリッジ、７４１キャリッジモーター、
７４２往復動機構、７４３タイミングベルト、７４４キャリッジガイド軸、
７５０給紙部、７５１給紙モーター、７５２給紙ローラー、
７５２ａ従動ローラー、７５２ｂ駆動ローラー、７６０制御部、
７７０操作パネル

Claims

ノズル孔に連通する圧力発生室と、
前記圧力発生室の上に形成され、基面を有する振動板と、
前記振動板の前記基面の上において、第１の方向に延び、かつ、前記第1の方向と直交する第２の方向において並設された複数の第１電極と、
前記振動板上において、複数の前記第１電極をそれぞれ覆うように形成された複数の圧電体層と、
前記第２の方向に延び、複数の前記圧電体層を連続して覆うように形成された第２電極と、
前記第２電極の上において、前記第２の方向に延びるように形成された一対の導電層と、
を含み、
前記圧電体層は、前記第１電極と前記第２電極によって挟まれ、前記第１の方向に延びる駆動領域を有し、
一対の前記導電層は、前記駆動領域の前記第１の方向に沿った両端をそれぞれ押さえるように配置され、
前記基面の法線方向から見た場合に、前記導電層に前記第１電極の外周が交差する線を交差線としたとき、前記導電層は、前記交差線に沿って前記駆動領域の中央側に向かう突出部を備えた液体噴射ヘッド。
請求項１において、
前記法線方向から見た場合、前記突出部は、前記交差線に対して線対称な形状である、液体噴射ヘッド。
請求項２において、
前記法線方向から見た場合、前記突出部の外縁は、直線または曲線を含めて構成される、液体噴射ヘッド。
請求項１から３のいずれか１項において、
前記導電層の前記第１の方向における両側面のうち、前記駆動領域の中央側の側面と反対側の側面は、前記第２電極の前記第１の方向における側面と連続している、液体噴射ヘッド。
請求項１から４のいずれか１項において、
前記導電層は、金を含む、液体噴射ヘッド。
請求項１から５のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドを有する、液体噴射装置。