JP2013169061A

JP2013169061A - 液滴噴射ヘッド

Info

Publication number: JP2013169061A
Application number: JP2012030490A
Authority: JP
Inventors: Eiki Hirai; 栄樹平井; Shiro Yazaki; 士郎矢崎; Hiroshi Ito; 浩伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-29
Also published as: CN103252995A; US20130208056A1

Abstract

【課題】クラックの発生を抑制することができる信頼性の高い液滴噴射ヘッドを提供すること。
【解決手段】本発明に係る液滴噴射ヘッドは、圧力発生室に対応して設けられた個別電極と、前記個別電極上に形成された圧電体層と、前記圧電体層上に形成され、複数の前記圧力発生室に亘って設けられた共通電極と、を含み、前記個別電極および前記共通電極に挟まれた前記圧電体層の能動部の長手方向外側において、前記圧電体層上に形成され、前記個別電極および前記共通電極と絶縁された導電性部材が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴噴射ヘッドに関する。

例えば、インクなどの液滴を噴射するためのインクジェットプリンターなどの液滴噴射装置として、圧電素子を備えた液滴噴射ヘッドが知られている。このような液滴噴射ヘッドは、例えば、駆動信号など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、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。

このような液滴噴射ヘッドにおいて、例えば、湿気などの外的要因に対して弱い圧電素子の圧電体層を保護する目的として、圧電体層を共通電極で覆った構造を有したものがある（特許文献１）。このような圧電素子は、圧電体層に個別電極と共通電極よって挟まれた能動部を有しているが、一般的に、その能動部は、平面視において特定の方向に延びた形状をなしている。

このような圧電素子では、能動部の長手方向の端部の変位量が大きくなりすぎる場合がある。その結果、圧電素子の圧電体層にクラックが生じて信頼性が低下する可能性がある。したがって、クラックの発生を抑制することができる信頼性の高い液滴噴射ヘッドが望まれている。

特開２００５−８８４４１号公報

本発明のいくつかの態様によれば、クラックの発生を抑制することができる信頼性の高い液滴噴射ヘッドを提供することができる。

（１）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、
圧力発生室に対応して設けられた個別電極と、
前記個別電極上に形成された圧電体層と、
前記圧電体層上に形成され、複数の前記圧力発生室に亘って設けられた共通電極と、
を含み、
前記個別電極および前記共通電極に挟まれた前記圧電体層の能動部の長手方向外側において、前記圧電体層上に形成され、前記個別電極および前記共通電極と絶縁された導電性部材が設けられている。

本発明において、「上」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上」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。本発明において、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」という文言を用いている。同様に、「下」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、能動部の長手方向外側において、圧電体層上に形成され、個別電極および共通電極と絶縁された導電性部材が設けられている。能動部の長手方向外側は変位量が大きくなり過ぎるためにクラックが発生しやすいが、導電性部材が設けられることで、変位量を抑制することができる。故に、本発明によれば、クラックの発生を抑制することができる信頼性の高い液滴噴射ヘッドを提供することができる。

（２）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、
前記導電性部材は、前記圧力発生室の端部の一部とオーバーラップするように設けられていてもよい。

（３）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、
前記導電性部材は、前記共通電極と同じ材質で形成されていてもよい。

（４）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、
前記個別電極に電気的に接続されたリード配線が、前記圧電体層上に設けられ、
前記導電性部材は、前記リード配線と同じ材質で形成されていてもよい。

（５）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、
前記個別電極に電気的に接続されたリード配線が、前記圧電体層上に設けられ、
前記導電性部材は、前記共通電極と同じ材質で形成される第１の層と、前記リード配線と同じ材質で形成される第２の層を含んでいてもよい。

（６）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、
前記導電性部材は、互いに隣り合う複数の部材からなっていてもよい。

本実施形態の液滴噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図および断面図。本実施形態の液滴噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。本実施形態の液滴噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。本実施形態の液滴噴射ヘッドの要部の第１変形例を模式的に示す平面図および断面図。本実施形態の液滴噴射ヘッドの要部の第２変形例を模式的に示す平面図および断面図。本実施形態の液滴噴射ヘッドの要部の第３変形例を模式的に示す平面図および断面図。本実施形態の液滴噴射ヘッドの要部の第４変形例を模式的に示す平面図および断面図。本実施形態の液滴噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。本実施形態の液滴噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。本実施形態の液滴噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。液滴噴射装置を模式的に示す斜視図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。まず、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド６００の構成の一例を説明した後、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド６００の要部である圧電素子１００を説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．液滴噴射ヘッド
［液滴噴射ヘッドの構成］
液滴噴射ヘッド６００の一例について、図面を参照しながら説明する。

図１（Ａ）は、本実施形態の液滴噴射ヘッド６００の要部である圧電素子１００を模式的に示す平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すＩＢ−ＩＢ線の断面図である。図２は、本実施形態の液滴噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図である。図３は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド６００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。なお、図３では、圧電素子１００を簡略化して図示している。

液滴噴射ヘッド６００は、図１〜図３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。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。さらに、液滴噴射ヘッド６００は、図３に示すように、筐体６３０を有することができる。

ノズル板６１０は、図１〜図３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６１０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３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と基板１との間の空間を区画することにより、図３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（図１（Ａ）では破線で示される部分）。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と基板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、基板１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、基板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。ここで、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、圧力発生室６２２の端部（側面）を端部６２３とする。

圧電素子１００は、流路形成板６２０上（図３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（基板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。

筐体６３０は、図３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。筐体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、液晶ディスプレイなど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）など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。

［圧電素子の構成］
以下において、液滴噴射ヘッド６００に含まれる圧電素子１００の構成を説明する
図１（Ａ）に示すように、圧電素子１００は、個別電極１０と、個別電極１０上に形成された圧電体層２０と、圧電体層２０上に形成された共通電極３０と、を含む。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、圧電素子１００は基板１上に形成される。圧電素子１００は、平面視において特定の方向に延びた能動部２５（個別電極１０および共通電極３０に挟まれた圧電体層２０）を有していてもよい。

ここで、能動部２５の平面視における長手方向を第１の方向１１０とし、第１の方向と交差する方向を第２の方向１２０（短手方向）とする。

本発明において、「平面視」という文言は、「基板１の圧電素子１００が形成される面の法線方向から見た平面視」を意味する文言として用いる。以下同様である。

図２は、能動部２５（中央部分）における第２の方向１２０の断面図に相当する。図２に示すように、第２の方向１２０に沿って、複数の圧電素子１００が並設されていてもよい。複数の圧電素子１００は、圧力発生室６２２にそれぞれ対応して設けられていてもよい。

圧電素子１００が形成される基板１は、例えば、導電体、半導体、絶縁体で形成された平板とすることができる。基板１は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。また、基板１は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。

液滴噴射ヘッド６００において、基板１は振動板であって、圧電素子１００が動作したときに機械的な出力を行う部材となる。基板１は、圧電素子１００を含む圧電アクチュエーターの可動部分となることができ、圧力発生室６２２などの壁の一部を構成していてもよい。基板１の厚みは、後述される圧力発生室６２２の寸法や駆動周波数、用いる材質の弾性率などにしたがって最適に選ばれる。基板１の厚みは、例えば、２００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であってもよい。基板１の厚みが２００ｎｍよりも薄いと、振動等の機械的出力を取り出しにくくなることがあり、３０００ｎｍよりも厚いと、振動等が生じなくなる場合がある。基板１は、圧電体層２０の動作により、撓んだり、振動したりすることができる。

基板１の材質には、剛性および機械的強度の高い材料を含むことが望ましい。基板１の材質としては、例えば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金を用いることができる。これらのうち、基板１の材質としては、化学的安定性および剛性の点で、酸化シリコンおよび酸化ジルコニウムが好適である。基板１は、例示した物質の２種以上の積層構造であってもよい。

個別電極１０は、図１（Ａ）〜図２に示すように、基板１上で、圧力発生室６２２に対応して設けられる。個別電極１０の形状は、後述される共通電極３０とオーバーラップし、圧力発生室６２２の上方において能動部２５を形成できる限り、特に限定されない。図１（Ａ）に示すように、第１の方向１１０に延びるように形成されていてもよい。

ここで、平面視における形状が「第１の方向１１０に延びている」とは、第１の方向の幅が、直交する第２の方向１２０における幅よりも大きいことを意味する。

また「個別電極」とは、複数の圧電素子間において、それぞれの個別電極１０が互いに電気的に絶縁されており、駆動電圧が個別に印加される電極であることを意味する。図示はされないが、個別電極１０は、それぞれ駆動回路（図示せず）電気的に接続される。

個別電極１０の構造および材料は、導電性を有する限り特に限定されない。個別電極１０の材料には、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ａｇ、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。また、個別電極１０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。個別電極１０の厚みは、特に限定されないが、例えば、２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることができる。

また、図示はされないが、個別電極１０は、Ｔｉ、Ｔｉ−Ｗ合金などを含むバリア層を含んでいてもよい。バリア層は、個別電極１０と基板１（振動板）との境界面に設けてもよいし、個別電極１０と圧電体層２０との境界面に設けてもよい。

また、図示はされないが、個別電極１０は、基板１(振動板)との間に、密着強度を上げるための層(密着層)を含んでいてもよい。密着層はチタンやチタニア（ＴｉＯ_２）やジルコニア、ジルコニウムなどで形成されていてもよい。

圧電体層２０は、図１（Ｂ）に示すように、個別電極１０上に形成される。図２に示すように、圧電体層２０は、基板１上においても形成される。圧電体層２０の形状は、圧力発生室６２２の上方において、個別電極１０を覆う（被覆する）ように形成される限り特に限定されない。図１および図２に示すように、圧電体層２０は一体的に形成されたプレート状の部材であって、隣り合う圧電素子１００同士（各セグメント）を離間させるための開口部２２が形成されていてもよい。ここで、図２に示すように、圧電体層２０の側面が開口部２２の一部を構成していてもよい。

図２に示すように、圧電体層２０の基板１と接する面を下面と称した場合、圧電体層２０は上面２１と側面２２を有していると称することができる。

圧電体層２０は、圧電特性を有した多結晶体からなり、圧電素子１００において電圧を印加されることにより振動することができる。圧電体層２０の構造は、圧電特性を有していればよく、特に限定されない。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）、または上記化合物に少量(たとえば数mol%以下)の元素を添加した化合物などが挙げられる。圧電体層２０の厚みは、特に限定されないが、例えば、３００ｎｍ以上、５０００ｎｍ以下とすることができる。

また、図１（Ｂ）に示すように、圧電体層２０には、個別電極１０の一部が露出するコンタクトホール２６が形成されてもよい。コンタクトホール２６の位置は、圧力発生室６２２が下方に設けられていない個別電極１０の上であって、かつ、後述される共通電極３０が設けられる領域および露出領域２８から離間している限り、特に限定されない。コンタクトホール２６の形状は、個別電極１０を露出させることができればよく、特に限定されない。

圧電体層２０は、図１（Ｂ）に示されるように、圧力発生室６２２の上方に形成された第１の部分２０ａを含む。また、圧電体層２０は、第１の部分２０ａを囲み、圧力発生室６２２の壁部等を構成する流路形成基板６２０の上方に形成された第２の部分２０ｂを含む。

また、圧電体層２０の第１の部分２０ａは、個別電極１０と後述される共通電極３０に挟まれた部分である能動部２５が形成される。能動部２５に電界が印加されて圧電体層２０自体が変形することで（逆圧電効果）、基板１が撓んだり、振動したりすることができる。図１（Ａ）に示すように、能動部２５は平面視において第１の方向１１０に延びた形状（グレースケールで図示された部分）を有する。また、図１（Ｂ）に示すように、能動部２５と非能動部と間には境界面２５ａが形成される。

共通電極３０は、図１〜図２に示すように、圧電体層２０上に形成され、複数の圧力発生室６２２に亘って設けられる。これにより、圧力発生室６２２上方の圧電体層２０において、個別電極１０と共通電極３０に挟まれた能動部２５が形成される。共通電極３０の形状は、圧力発生室６２２上方の圧電体層２０において能動部２５を形成できる限り、特に限定されない。

ここで「共通電極」とは、複数の圧電素子間を連続するように設けられた導電層からなる電極であって、同じ駆動電圧が共通して印加されたり、共通の接地電極となったりすることができる電極であることを意味する。図示はされないが、共通電極３０は、駆動回路（図示せず）電気的に接続される。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、共通電極３０は、圧電体層２０の第１の部分２０ａの上方で、第１の方向１１０における端部３１、３２を含む。図１（Ｂ）に示すように、端部３１、３２により、能動部２５の境界面２５ａが規定される。

また、共通電極３０は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、能動部２５の第１の方向１１０（長手方向）外側において、圧電体層２０の上面２１が露出した露出領域２８を形成するようにパターニングされる。共通電極３０のパターニングは、端部３１が開口部を構成する端部の一部となるように行われてもよい。また、端部３２が、櫛歯状（または凹状）端部の一部となるように行われてもよい。これにより、第１の方向（長手方向）１１０において、能動部２５を覆う共通電極３０の端部３１、３２と隣り合う露出領域２８が形成される。

共通電極３０の構造および材料は、導電性を有する限り特に限定されない。共通電極３０の材料には、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ａｇ、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。また、共通電極３０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。共通電極３０の厚みは、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることができる。

また、図示はされないが、共通電極３０は、複数の圧電素子１００が設けられる領域外へ延びるように形成され、能動部２５に電界を印加するためのリード配線の一部を構成していてもよい。

リード配線４０（図１（Ａ）において左斜め斜線で示される部分）は、共通電極３０上に形成されていてもよい。したがって、リード配線４０は、上部電極である共通電極３０用の引き出し配線である。リード配線４０は図示されない駆動回路と電気的に接続される。これにより、共通電極３０と駆動回路が電気的に接続される。ただし、リード配線４０が形成されない場合、上述のように、共通電極３０自体がリード配線として延び、駆動回路と電気的に接続することができる。

リード配線４０は、少なくとも能動部２５を覆う共通電極３０の中央部分（第１の方向１１０において両端部３１、３２に挟まれた部分）および圧電体層２０の露出領域２８を避けてパターニングされる。例えば、リード配線４０は、能動部２５上の共通電極３０の第１の方向１１０における両端部３１、３２をそれぞれ覆うように設けられていてもよい。このようにリード配線４０を配置することで、リード配線４０が重石として物理的に作用し、圧電素子１００の長手方向における過剰な変位を抑制することができるため、圧電体層２０でのクラックの発生を抑制することができる。

また、図示はされないが、リード配線４０は、複数の圧電素子１００が設けられる領域外へ延びるように形成され、能動部２５に電界を印加するためのリード配線の一部を構成することができる。リード配線４０は、共通電極３０と積層されて全体としてリード配線を構成してもよいし、リード配線４０単層でリード配線を構成してもよい。

リード配線４０の材料は、導電性を有する限り、特に限定されない。好適には、共通電極３０よりも導電性が高い材料を用いることができる。例えば、リード配線４０は、Ａｕを含んでいてもよい。また、リード配線４０は、さらに銅（Ｃｕ）やＮｉ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、パラジウム（Ｐｂ）などを含んでいてもよい。リード配線４０に高導電性材料（共通電極３０と比較した場合に高い導電性を有する材料）を用いることで、共通電極３０には、圧電体層２０との密着性や生産コスト等を考慮した材質を選択しつつ、駆動回路と圧電素子１００間のリード配線自体の抵抗による電圧降下を抑制することができる。したがって、より多くの圧電素子セグメントを高集積する必要がある場合であっても、複数のセグメント間において設定電圧値と、実際に印加される電圧値との差を小さくすることができ、吐出される液滴の体積をより所望の体積とすることができる。

また、図１（Ｂ）に示されるように、リード配線４０とは別に、個別電極１０に電気的に接続されたリード配線４１が、圧電体層２０上に設けられる。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、リード配線４１は、コンタクトホール２６において、個別電極１０と直接的または間接的に接続される。したがって、リード配線４１は、下部電極である個別電極１０用の引き出し配線である。リード配線４１は図示されない駆動回路と電気的に接続される。これにより、個別電極１０と駆動回路が電気的に接続される。

リード配線４１の材料は、導電性を有する限り、特に限定されない。好適には、共通電極３０よりも導電性が高い材料を用いることができる。また、リード配線４１は、リード配線４０と同じ材質からなり、製造時にリード配線４０と一体的に形成されてもよい。

図１（Ａ）には図示されないが、図１（Ｂ）に示すように、個別電極１０とリード配線４１の間に導電層３６が設けられていてもよい。導電層３６は、共通電極３０をパターニングする際に、一体的に形成される導電層であって、露出した個別電極１０表面に対するエッチング等のプロセス上のダメージを防ぐことができる。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、導電性部材５０が、能動部２５の長手方向外側の露出領域２８の圧電体層２０上に形成される。導電性部材５０は、共通電極３０およびリード配線４１と絶縁性が保てる程度に離間して設けられる。例えば、導電性部材５０と共通電極３０やリード配線４１のピッチ幅は、５μｍ以上であれば、絶縁性を確保することができる。これにより、導電性部材５０は、個別電極１０および共通電極３０と絶縁された部材であることができる。

能動部２５（境界面２５ａ付近）の長手方向外側の圧電体層２０は、電界が印加されて能動的に変形する能動部２５ａと、電界が印加されず能動的には変形しない非能動部との境界領域であるために、応力が集中しクラックが発生しやすい領域である。このような領域に、電極としては機能せず、物理的な重石効果によって圧電体層２０の変位を抑制することができる導電性部材５０を設けることで、クラックの発生を効果的に抑制することができる。

また、導電性部材５０は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示されるように、平面視において、圧力発生室６２２の端部６２３の一部とオーバーラップするように設けられる。圧力発生室６２２の端部６２３上方の圧電体層２０は、応力が集中しやすい部分であるため、このように導電性部材５０を配置することで、効果的にクラックの発生を抑制することができる。

導電性部材５０の平面形状や、大きさは特に限定されないが、例えば、図１（Ａ）に示すように、平面形状が矩形であってもよい。また、図示はされないが、角部を有さない平面形状であってもよい。

導電性部材５０の材質は、共通電極３０と同じ材質であってもよい。言い換えれば、導電性部材５０は、共通電極３０と一体的に製造される部材であってもよい。これによれば、途新たな部材の成膜・パターニング工程を設ける必要がないため、簡便な製造方法で製造することができる。

なお、圧電素子１００の導電性部材５０の形態は、上記において説明したものに限られない。以下において、液滴噴射装置６００の変形例について、図面を参照しながら説明する。なお、既に説明した部材と同様の構成の部材は、同じ符号を付して、その説明を省略する。

［第１変形例］
図４（Ａ）は、第１変形例に係る圧電素子１０１の要部を模式的に説明する平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線断面図である。

第１変形例においては、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、導電性部材５１は、互いに隣り合う複数の部材（５１ａ、５１ｂ）から形成される。例えば、図４（Ａ）に示すように、導電性部材５１は、互いに第１の方向１１０における幅が異なる複数の部材を含んでいてもよい。最も第１の方向１１０における幅が大きい部材（最も面積が大きい部材）を第１の部材５１ａとしたとき、第１の部材５１ａよりも第１の方向１１０における幅が小さい部材を第２の部材５１ｂとする。図示はされないが、第２の部材５１ｂよりも第１の方向１１０における幅が小さい部材を第３の部材が形成されていてもよい。

複数の部材からなる導電性部材５１の平面形状や配置は、応力集中を考慮して適宜決定することができる。図４（Ｂ）に示すように、圧電体層２０には、（ｉ）電界印加により能動的に変形する部分（能動部２５）、（ｉｉ）下面は固定されていないが、能動的には変形しない部分（能動部２５を除く第１の部分２０ａ）、（ｉｉｉ）下面が固定され、能動的には変形しない部分（第２の部分２０ｂ）の３つの領域が存在している。さらに、駆動電圧等の製品の使用条件や、構成する部材の剛性等の条件によって、応力が集中するために変位を抑制すべき領域と、一定の変位量を確保するために、変位を適度に抑制すべき領域に個体差が生じる。

したがって、導電性部材５１が互いに隣り合う複数の部材（５１ａ、５１ｂ）から形成される第１変形例では、端部６２３とオーバーラップし、第１の部分２０ａと第２の部分２０ｂの境界にあるために、応力が集中しやすい圧電体層２０上に第１の部材５１ａを配置し、その他の変位を適度に抑制すべき領域に第２の部材５１ｂを配置してもよい。これによれば、クラックの発生を抑制しつつ、圧電素子の一定の変位量を確保することができる。

また、前述のように、複数の部材からなる導電性部材５１の形状および配置は、応力集中を考慮して適宜決定することができる。図４（Ａ）においては、第２の方向１２０に延びた形状を有する複数の部材５１ａ、５１ｂを例示したが、その他の方向に延びる形状を備えた部材を応力緩和のために適宜配置してもよい（図示せず）。

［第２変形例］
図５（Ａ）は、第２変形例に係る圧電素子１０２の要部を模式的に説明する平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線断面図である。

第２変形例においては、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、導電性部材５２は、リード配線４１（リード配線４０）と同じ材質で形成される。したがって、導電性部材５０は、共通電極３０よりも導電性が高い部材（例えばＡｕ等）から形成される。

また、導電性部材５２の膜厚Ｈ_１は、共通電極３０の膜厚Ｈ_２よりも厚く形成される。共通電極３０の膜厚Ｈ_２が、例えば５ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である場合、導電性部材５２の膜厚Ｈ_１を５００μｍ以上、２０００μｍ以下とすることができる。

共通電極３０は能動部２５の上面を覆う部材であり、その膜厚（剛性）は圧電素子の変位量に影響を有する。したがって、有用な変位量を確保するためには、共通電極３０の膜厚は制限される。また、共通電極３０の材質としては、イリジウムなどの材質が選択されるため、成膜のプロセス条件から更なる膜厚化を図るには技術的な困難性が伴う。

しかしながら、導電性部材５２をリード配線４１と同じ材質で一体的に成膜する場合、膜厚における制限がない。加えて、リード配線４１の材質としては、金などの材質が選択されるため、プロセス条件からミクロン単位での成膜が可能となり、簡便に膜厚化を図ることができる。

したがって、導電性部材５２がリード配線４１と同じ材質で形成される第２変形例では、導電性部材５２を上述された導電性部材５０、５１よりも厚い膜厚で形成することができ、より高い重石効果を発揮することがでる。したがって、より効果的にクラックの発生を抑制することができる。

また、リード配線４０、４１のさらなる膜厚化を図ることができるため、リード配線自体の全体としての電気抵抗を低下させることができ、電圧降下を抑制することができる。

［第３変形例］
図６（Ａ）は、第３変形例に係る圧電素子１０３の要部を模式的に説明する平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図である。

第３変形例においては、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、導電性部材５３は、第２変形例と同様に、リード配線４１と同じ材質で形成される。また、導電性部材５３は、第１変形例と同様に、導電性部材５３は、互いに隣り合う複数の部材（５３ａ、５３ｂ）から形成される。つまりは、第３変形例は第１変形例と第２変形例を組み合わせた形態を有する。具体的には、第１の部材５３ａや第２の部材５３ｂは、第１の部材５１ａや第２の部材５１ｂと同様に、応力集中の分布を考慮して適宜配置されるが、その膜厚は共通電極３０の膜厚よりも厚い。

したがって、第３変形例によれば、応力歪が局所的に大きくなる場合において、局所的にクラックの発生を抑制しつつ、圧電素子の一定の変位量を確保することができる。

［第４変形例］
図７（Ａ）は、第４変形例に係る圧電素子１０４の要部を模式的に説明する平面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線断面図である。

第４変形例においては、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、導電性部材５４は、共通電極３０と同じ材質からなる第１の層５４ａと、リード配線４１（リード配線４０）と同じ材質からなる第２の層５４ｂの積層体を含む。したがって、第４変形例は、圧電素子１００と同様の特徴を備え、かつ導電性部材５４を導電性部材５０よりも膜厚化することができるため、より効果的にクラックの発生を抑制することができる。

また、図示はされないが、第４変形例に、第１変形例の形態を適用してもよい。具体的には、導電性部材５４は、互いに隣り合う複数の部材（５４ａ、５４ｂ、図示せず）から形成されていてもよい。

本実施形態に係る液滴噴射ヘッド６００は、上記いずれかの圧電素子１００〜１０４を備える。したがって、クラックの発生を抑制することができる信頼性の高い液滴噴射ヘッド６００を提供することができる。

２．液滴噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド６００の製造方法について説明する。図８（Ａ）〜図１０は、本実施形態の液滴噴射ヘッド６００の製造工程を模式的に示す断面図（例えば、図１のＩＢ−ＩＢ線に対応する断面図）である。ただし、液滴噴射ヘッド６００の製造方法は、公知の成膜・パターニング技術を適用することができ、以下の説明に限定さるものではない。

まず、図８（Ａ）に示すように、基板１を準備する。圧電素子１００を含む液滴噴射ヘッド６００を製造する場合、基板１として、流路形成板６２０の上に形成された振動板を準備する。ここで準備される流路形成板６２０は、圧力発生室６２２などの流路が形成されていてもよいし、されていなくてもよい。本実施形態においては、圧力発生室６２２などの流路が形成されていない流路形成板６２０であって、圧力発生室６２２となる領域６２２ａを有するものを準備する。なお、基板１の詳細は上述されているため省略する。

次に、図８（Ａ）に示すように、基板１（振動板）の上に個別電極１０を形成する。個別電極１０の形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法、スピンコート法などにより導電膜を形成し、該導電膜を公知のパターニング方法によって、所望の形状を有した個別電極１０を形成することができる。なお、個別電極１０の詳細は上述されているため省略する。

上記の公知の成膜方法は、以下の導電層性の各部材の形成方法においても適用することができる。また、本実施形態における圧電素子の製造方法において用いられる公知のパターニング方法としては、所望の形状に合わせて適宜レジスト層を形成した後、公知のフォトリソグラフィー技術および／またはエッチング技術によって行われることができる。エッチング技術を用いる場合、適宜、ウエットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。

ここで、図示はされないが、個別電極１０の上や、基板１（振動板）の上に、窒化チタン膜などの酸化防止膜や、チタン膜、ランタンニッケル酸化物膜などの圧電体層の配向を制御する配向制御膜を形成してもよい。また、個別電極１０と基板１（振動板）との間にチタンやクロムなどなどの密着層を含んでいてもよい。

次に、図８（Ａ）に示すように、個別電極１０の上に圧電体層２０を形成する。圧電体層２０の形成方法は特に限定されず、公知の形成方法を用いることができる。例えば、ゾルゲル法などによって圧電材料膜を形成する。圧電材料膜は、スピンコート法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成されてもよい。次に、圧電材料膜を、圧電材料の結晶化を目的として熱処理する。これによって結晶化した圧電体からなる圧電体膜を形成することができる。熱処理の条件は、用いられた圧電材料膜を結晶化できる温度であれば、特に限定されない。熱処理は、例えば、酸素雰囲気中において、５００度以上、８００度以下で行われてもよい。なお、圧電体層２０の詳細は上述されているため省略する。

次に、圧電体膜を所望の形状にパターニングして、圧電体層２０を形成することができる。パターニングする際、開口部２２やコンタクトホール２６を形成する（図２、図８（Ａ）参照）。

次に、図８（Ａ）に示すように、圧電体層２０の上に、導電層６０を形成する。ここで、導電層６０の材質は、イリジウムが主成分であってもよい。導電層６０をパターニングし、共通電極３０と導電性部材５０を形成してもよい。これによれば、同じ材質からなる共通電極３０と導電性部材５０を同一プロセスで一体的に形成することができる。

ここで、図８（Ａ）に示すように、コンタクトホール２６内の導電層６０を残すようにパターニングし、導電層３６を形成してもよい。これによれば、エッチングを行う場合、コンタクトホール２６内で露出する個別電極１０の表面をエッチングダメージから防ぐことができる。

次に、図８（Ｂ）に示すように、導電層７０を成膜し、所望の形状にパターニングを行って、リード配線４０、４１を形成してもよい。導電層７０の材質は、導電層６０よりも導電性が高い材質が好適には選択され、例えば、金が主成分であってもよい。

以上から圧電素子１００を製造することができる。ここで、図示はされないが、導電層６０と導電層７０を連続して成膜した後、所望の形状となるようにパターニングを行ってもよい。

また、第１変形例における圧電素子１０１を製造する場合、導電層６０をパターニングする際、図４（Ａ）に示される形態となるようにパターニングすることで圧電素子１０１を製造することができる。また、第４変形例における圧電素子１０４を製造する場合、圧電体層２０の上に導電層６０を成膜し、パターニングする際、導電層６０と導電層７０を連続して成膜して、第１の層５４ａと第２の層５４ｂを形成することができる。

次に、第２変形例における圧電素子１０２の製造方法を、図面を参照して説明する。図９（Ａ）に示すように、個別電極１０、圧電体層２０を上述された方法と同様の方法で形成する。しかしながら、導電層６０をパターニングする際、露出領域２８には導電層は形成せず、共通電極３０のみを形成する。

次に、図９（Ｂ）に示すように、導電層７０を、導電層６０の膜厚よりも厚い膜厚（Ｈ_１）を有するように成膜する。この導電層７０をパターニングすることで、リード配線４０、４１と同時に、導電性部材５２を形成する。これによれば、同じ材質からなるリード配線４１（リード配線４０）と導電性部材５２を同一プロセスで一体的に形成することができる。

また、第３変形例における圧電素子１０３を製造する場合、導電層７０をパターニングする際、図６（Ａ）に示される形態となるようにパターニングすることで圧電素子１０３を製造することができる。

次に、圧電素子１００（１０２、１０３、１０４）を含む液滴噴射ヘッド６００を製造する場合、図１０に示すように、圧電素子１００（１０２、１０３、１０４）の下方の流路形成板６２０に圧力発生室６２２などの流路を形成し、ノズル板６１０を設ける。また、図１０に示すように、圧電素子１００（１０２、１０３、１０４）を封止するように封止板を含む筐体６３０などを設ける。図示はされないが、封止板を設けた後に、流路形成板６２０などを加工してもよい。

３．液滴噴射装置
次に、本実施形態に係る液滴噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液滴噴射装置は、上述の液滴噴射ヘッドを有する。以下では、液滴噴射装置が上述の液滴噴射ヘッド６００を有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図１１は、本実施形態に係る液滴噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。

液滴噴射装置７００は、図１１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。さらに、液滴噴射装置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、上述した液滴噴射ヘッド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、液滴噴射ヘッド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例を示しているが、本発明の液滴噴射装置は、液滴噴射ヘッド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ってもよい。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、本発明の液滴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。

液滴噴射装置７００は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド６００を含んでいる。したがって、信頼性の向上した液滴噴射装置を実現できる。

なお、上記例示した液滴噴射装置は、１つの液滴噴射ヘッドを有し、この液滴噴射ヘッドによって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液滴噴射ヘッドを有してもよい。液滴噴射装置が複数の液滴噴射ヘッドを有する場合には、複数の液滴噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液滴噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。

以上、本発明に係る液滴噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしてのインクジェット記録装置７００を説明したが、本発明に係る液滴噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体など（液状材料）としては、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などを用いることができる。本発明の液滴噴射装置は、例示したプリンターなどの画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイなどのカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイなどの電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。

なお、上述した実施形態および各種の変形は、それぞれ一例であって、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば実施形態および各変形は、複数を適宜組み合わせることが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１基板（振動板）、１０個別電極、２０圧電体層、２１上面、２２側面、
２５能動部、２６コンタクトホール、２８露出領域、３０共通電極、
３１、３２端部、３６導電層、４０リード配線、４１リード配線、
５０、５１、５２、５３、５４導電性部材、６０導電層、７０導電層、
１００、１０１、１０２、１０３、１０４圧電素子、１１０第１の方向、
１２０第２の方向、６００液滴噴射ヘッド、６１０ノズル板、６１２ノズル孔、
６２０流路形成基板、６２２圧力発生室、６２４リザーバー、６２６供給口、
６２８貫通孔、６３０筐体、７００液滴噴射装置、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

圧力発生室に対応して設けられた個別電極と、
前記個別電極上に形成された圧電体層と、
前記圧電体層上に形成され、複数の前記圧力発生室に亘って設けられた共通電極と、
を含み、
前記個別電極および前記共通電極に挟まれた前記圧電体層の能動部の長手方向外側において、前記圧電体層上に形成され、前記個別電極および前記共通電極と絶縁された導電性部材が設けられている、液滴噴射ヘッド。
請求項１において、
前記導電性部材は、前記圧力発生室の端部の一部とオーバーラップするように設けられる、液滴噴射ヘッド。
請求項１または２において、
前記導電性部材は、前記共通電極と同じ材質で形成される、液滴噴射ヘッド。
請求項１または２において、
前記個別電極に電気的に接続されたリード配線が、前記圧電体層上に設けられ、
前記導電性部材は、前記リード配線と同じ材質で形成される、液滴噴射ヘッド。
請求項１または２において、
前記個別電極に電気的に接続されたリード配線が、前記圧電体層上に設けられ、
前記導電性部材は、前記共通電極と同じ材質で形成される第１の層と、前記リード配線と同じ材質で形成される第２の層を含む、液滴噴射ヘッド。
請求項１から５のいずれか１項において、
前記導電性部材は、互いに隣り合う複数の部材からなる、液滴噴射ヘッド。