JP2014188717A - 液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の駆動時の応力集中を低減して構成部材の損傷を抑制することが可能な液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供する。
【解決手段】圧電体層２８は、流路形成部材１５における複数の圧力室２２の開口部を覆う状態で一体的に形成され、当該圧電体層における隣り合う圧力室の間に対応する領域に、当該圧電体層を貫通した、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くなった窪み３１が、圧力室の開口の辺に沿って形成され、この窪みは、この領域における圧力室の角３０に沿う領域を避けて形成された。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電素子の駆動により液体を噴射する液体噴射ヘッド、及び、これを備えた液体噴射装置に関するものであり、特に、圧電素子の駆動時の応力による構成部材の損傷を抑制可能な液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置に関するものである。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記の液体噴射ヘッドは、圧力室に液体を導入し、当該圧力室の液体に圧力変動を生じさせて、この圧力室に通じるノズルから液体を噴射するように構成されている。上記圧力室は、シリコン等の結晶性基板（以下、圧力室形成基板）に対して異方性エッチングによって寸法精度良く形成されている。また、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段としては、圧電素子が好適に用いられる。この圧電素子としては種々の構成があるが、例えば、圧力室に近い側の下部電極と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなる圧電体層と、上部電極とが、成膜技術によりそれぞれ積層およびパターニングされて構成される。そして、上下の電極のうちの一方が圧力室毎に設けられる個別電極として機能し、他方が複数の圧力室に共通な共通電極として機能する。圧電体膜において上下の電極によって挟まれた部分が、電極への電圧の印加によって変形する能動部であり、上下の何れか一方或いは両方から外れた部分が、電極への電圧の印加によっても変形しない非能動部である。

液体噴射ヘッドには、圧力室形成基板上に複数の圧力室の開口を塞ぐ状態で一連に圧電体層を形成した構成のものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、複数の圧力室に対して共通な１枚の圧電体層が設けられ、この圧電体層のうち上下の電極に挟まれた部分が圧力室毎に対応する能動部（活性層）として機能する。この構成では、所定の能動部が変形したときに、不必要な部分、すなわち、隣接する圧力室に対応する能動部まで変形してしまい、所謂隣接クロストークが生じるおそれがある。そこで、特許文献１では、圧力室の開口の周囲を囲むように、圧電体層を部分的に除去して形成された溝部を設け、所定の能動部を変形させたときの応力が溝部によって隣接能動部側に伝わりにくくなり、所謂クロストークを低減することができる。

特開２００３−３１１９５４号公報

しかしながら、上記の従来の構成では、多角形状を呈する圧力室の開口部の角、特に鋭角な角において、能動部の変形に伴う応力が集中し、シリコン基板からなる圧力室形成基板、或いは圧電体層などのヘッド構成部材にクラック等の損傷が生じる虞がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電素子の駆動時の応力集中を低減して構成部材の損傷を抑制することが可能な液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
該圧力室形成部材における前記圧力室の開口部に対応する位置に、当該開口部に近い側から順に第１の電極、圧電体層、および第２の電極が積層されてなる圧電素子と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室の開口部は、複数の角と、互いの角を結ぶ辺から成る多角形状を呈し、
前記圧電体層は、前記圧力室形成部材における複数の圧力室に亘って一体的に形成されるとともに、隣り合う圧力室に挟まれた領域のうち、前記辺に沿う所定の領域は、当該圧電体層を貫通する窪み、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くされた窪みを有し、前記角に沿う所定の領域は、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚くされていることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲における圧力室（圧力室形成部材）と圧電体層の位置関係に関し、両者の間に振動板などの他の部材が介在している状態で積層関係にある構成も含む。また、「対応する」とは、各部材の積層方向で見て互いに重なる位置関係にあることを意味する。

また、本発明の液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
該圧力室形成部材における前記圧力室の開口部に対応する位置に、当該開口部に近い側から順に第１の電極、圧電体層、および第２の電極が積層されてなる圧電素子と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室の開口部は、複数の角と、互いの角を結ぶ辺から成る多角形状を呈し、
前記圧電体層は、前記圧力室形成部材における複数の圧力室に亘って一体的に形成されるとともに、隣り合う圧力室に挟まれた領域のうち、互いの辺で挟まれた領域は、当該圧電体層を貫通する窪み、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くされた窪みを有し、少なくとも一方に前記角が位置して挟まれた領域は、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚くされていることを特徴とする。

これらの構成によれば、圧電体層における隣り合う圧力室の間における辺に沿う領域には、当該辺に沿って窪みが形成され、圧力室の応力が集中しやすい角に沿う領域、すなわち、少なくとも一方の開口部の角が位置して挟まれた領域は、窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚い圧電体層によって覆われているので、圧電素子の能動部が駆動する際の応力が圧力室の角に集中しにくくなり、圧力室形成部材あるいは圧電素子等の構成部材の損傷を抑制することが可能となる。特に、角が鋭角である場合に、当該角に応力がより集中し易いが、このような構成において本発明は好適である。

上記構成において、隣り合う窪みに挟まれた領域であって前記圧力室の開口部に対応する位置には、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも厚い圧電体層が設けられ、
当該位置の圧電体層の圧力室並設方向における幅は、同方向における前記圧力室の開口部の幅よりも狭い構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、圧力室の開口部に対応する位置に設けられた圧電体層がより動き易くなり、圧力室内の液体に対してより効率良く圧力変動を付与することが可能となる。

また、圧力室並設方向に交差する方向における前記圧力室の開口部の両側に位置して少なくとも１つの角を覆う圧電体層上に、当該部分の総厚を他の部分よりも相対的に厚くする積層材が設けられた構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、圧力室並設方向に交差する方向における圧力室の開口部の両側に位置して少なくとも１つの角を覆う圧電体層上に、当該部分の総厚を他の部分よりも相対的に厚くする積層材を設けることにより、当該積層材は、圧電素子の両端部の変位を規制することで、駆動時における当該圧電素子の不規則な変位を抑制することが可能となる。

また、上記構成において、前記積層材は金属膜であり、前記第１の方向に沿って一連に形成されて複数の圧電素子の第２の電極と導通する構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、積層材は金属膜であり、前記第１の方向に沿って一連に形成されて複数の圧電素子の第２の電極と導通することで、各圧電素子に共通に設けられた第２の電極の電流容量を増加させることができる。

また、上記構成において、前記第１の電極、前記圧電体層、および前記第２の電極が相互に重畳する能動部を収容可能な空部が内部に形成された封止部材を設け、
前記空部内に前記能動部を収容した状態で、前記積層材に前記封止部材が接合される構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、積層材を設けることにより総厚が相対的に厚くなった部分に封止部材が接合されるので、圧電素子の能動部以外の変形をより一層抑えることが可能となり、圧力室形成部材あるいは圧電素子等の構成部材にクラック等の損傷が生じることがより確実に抑制される。また、封止部材が接合される部分に窪みが設けられておらず当該部分の圧電体層は平坦面となっているので、封止部材を安定した状態で接合することができる。

さらに、本発明の液体噴射装置は、上記何れかの構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 ヘッドユニットの断面図である。 ヘッドユニットの分解斜視図である。 圧電体層の平面図である。 図４におけるＡ−Ａ線に対応するヘッドユニットの断面図である。 ヘッドユニットの製造工程を説明する要部断面図である。 ヘッドユニットの製造工程を説明する要部断面図である。 第２の実施形態の構成を説明する圧電体層の平面図である。 第３の実施形態の構成を説明する圧電体層の平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明では、本発明の液体噴射装置として、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載したインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げる。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対して液体状のインクを噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、本発明における液体の一種であり、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジ７がプリンター１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブを通じて記録ヘッド３に供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。従ってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。

図２は本実施形態における記録ヘッド３が有するヘッドユニット１１の内部構成を示す断面図、図３はヘッドユニット１１の分解斜視図である。また、図４は、圧電素子１９における圧電体層２８の上面図、図５は、図４におけるＡ−Ａ線に対応するヘッドユニット１１の断面図である。なお、図３以降の各図では、ヘッドユニット１１に設けられている合計２列のノズル列のうちの一方（図２における右側）に対応する構成を部分的に図示している。

本実施形態におけるヘッドユニット１１は、流路形成基板１５（本発明における圧力室形成部材の一種）、ノズルプレート１６、アクチュエーターユニット１４、及び、封止板２０（本発明における封止部材の一種）等を積層して構成されている。

流路形成基板１５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る板材である。この流路形成基板１５には、複数の圧力室２２が異方性エッチングによってノズル列方向に並べて形成されている。本実施形態における圧力室２２は、圧力室並設方向に対して交差する方向に長尺な空部である。本実施形態における圧力室２２は、上記の異方性エッチングにより流路形成基板１５の表面の（１１０）面に対して直交する２つの（１１１）面によって区画されている。これらの２つの（１１１）面は互いに所定の角度で交差する。このため、流路形成基板１５に垂直な方向（ヘッドユニット構成部材の積層方向）から見たときの圧力室２２の開口形状は、略多角形状、より具体的には、略平行四辺形状を呈している。

各圧力室２２は、ノズルプレート１６の各ノズル２５に一対一に対応して設けられている。すなわち、各圧力室２２の形成ピッチは、ノズル２５の形成ピッチに対応している。また、図２に示すように、流路形成基板１５において、圧力室２２に対して当該圧力室長手方向の側方（ノズル連通側とは反対側）に外れた領域には、流路形成基板１５を貫通する連通部２３が、圧力室２２の並設方向に沿って一連に形成されている。この連通部２３は、各圧力室２２に共通な空部である。この連通部２３と各圧力室２２とは、インク供給路２４を介してそれぞれ連通されている。なお、連通部２３は、後述する振動板２１の連通開口部２６および封止板２０の液室空部３３と連通して、各圧力室２２に共通なインク室であるリザーバー（共通液室）を構成する。インク供給路２４は、圧力室２２よりも狭い幅で形成されており、連通部２３から圧力室２２に流入するインクに対して流路抵抗となる部分である。

流路形成基板１５の下面（アクチュエーターユニット１４との接合面側とは反対側の面）には、ノズルプレート１６が、接着剤や熱溶着フィルム等を介して接合されている。ノズルプレート１６は、所定のピッチで複数のノズル２５が列状に開設された板材である。本実施形態では、３６０ｄｐｉに対応するピッチで３６０個のノズル２５を列設することでノズル列（ノズル群の一種）が構成されている。各ノズル２５は、圧力室２２に対してインク供給路２４とは反対側の端部で連通する。なお、ノズルプレート１６は、例えば、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。本実施形態におけるヘッドユニット１１には、ノズル列が合計２列設けられており、各ノズル列に対応する液体流路がノズル２５側を内側にして左右対称に設けられている。

本実施形態におけるアクチュエーターユニット１４は、振動板２１、圧電素子１９、および金属層４１から構成される。振動板２１は、流路形成基板１５の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜１７と、この弾性膜１７上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜１８と、から成る。この振動板２１における圧力室２２に対応する部分、即ち、圧力室２２の上部開口を塞ぐ部分は、圧電素子１９の撓み変形に伴ってノズル２５から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する。この振動板２１における流路形成基板１５の連通部２３に対応する部分には、当該連通部２３と連通する連通開口部２６が開設されている。なお、流路形成基板１５の一部を薄く加工することで、振動板２１の弾性膜として機能させる構成を採用することもできる。

振動板２１の絶縁体膜１８における圧力室２２に対応する部分には、圧電素子１９が形成されている。本実施形態における圧電素子１９は、振動板２１側から順に下部電極２７（本発明における第１の電極に相当）、圧電体層２８、および上部電極２９（本発明における第２の電極に相当）が積層されて構成されている。本実施形態において下部電極２７は、圧力室２２毎に細長い帯状にパターニングされており、圧電素子１９の能動部毎に個別な電極となっている。また、上部電極２９は、同一列の各圧電素子１９に共通な電極となっており、各圧電素子の並設方向に沿って一連に形成されている。この上部電極２９の圧電素子並設方向に直交する方向（圧力室長手方向）の寸法は、圧力室２２の開口部の同方向の寸法よりも少し大きく設定されている。そして、圧電素子１９の構成部材の積層方向において、上部電極２９、圧電体層２８、および下部電極２７が互いにオーバーラップする部分が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる能動部である。すなわち、上部電極２９は圧電素子１９の共通電極となっており、下部電極２７は圧電素子１９の個別電極となっている。なお、駆動回路や配線の都合によってこれらを逆にする構成とすることもできる。

本実施形態における圧電体層２８は、下部電極２７の全面を覆うように振動板２１の上に形成されている。この圧電体層２８としては、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）を含むもの、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、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を用いることができる。図４に示すように、この圧電体層２８において隣り合う圧力室２２に挟まれた領域に対応する部分、すなわち、隣接する圧力室２２同士を区画する隔壁２２ａ（図４参照）に対応する部分には、窪み３１が形成されている。この窪み３１は、圧電体層２８が部分的に除去されて形成された凹部或いは貫通穴から構成されており、圧力室２２の開口の辺（開口縁）に沿って延在している。要するに、この窪み３１は、圧電体層２８における他の部分の厚さよりも相対的に薄くなった或いは圧電体層２８を貫通した部分である。

そして、この窪み３１の長手方向の寸法は、圧力室２２の開口部の長手方向の寸法よりも短く設定されており、隣接する圧力室２２の間の領域においてこれらの圧力室２２の開口の辺に沿った領域に形成されている。換言すると、隣り合う圧力室２２の間の領域であって両圧力室２２の角３０（隅部あるいは隅角部とも言える）に挟まれていない部分、すなわち、両圧力室２２の開口部における辺に挟まれた位置に窪み３１が形成されている。なお、圧力室２２の開口部の「辺」とは、圧力室２２の開口の角３０同士を結ぶ略直線状の縁、或いは、角３０同士を結び、これらの角３０よりも十分に緩やかに彎曲する縁（辺縁部）を意味する。
したがって、ヘッドユニット１１の構成部材の積層方向で見たときに、窪み３１内には何れの角３０も重ならないようになっており、圧力室２２の開口部の全ての角３０は、圧電体層２８により覆われている。また、本実施形態における窪み３１の幅方向（圧力室並設方向）の寸法は、隔壁２２ａの幅よりも少し大きく設定されている。すなわち、窪み３１の幅方向の両縁部が圧力室２２の開口部上に部分的に重畳している。一方、角３０に沿う領域は、窪み３１における圧電体層２８の厚みよりも相対的に厚くされている。すなわち、隣り合う圧力室２２の間における少なくとも一方に角３０が位置して挟まれた領域は、窪み３１における圧電体層２８の厚みよりも相対的に厚くされている。そして、隣り合う窪み３１の間の領域における圧力室２２の開口部上の位置には、窪み３１よりも厚い圧電体層２８が梁状に設けられる。当該部分の圧電体層２８の圧力室並設方向における幅は、同方向における圧力室２２の開口部の幅よりも少し狭くなっている。この梁状の圧電体層２８の両側に上記の窪み３１が設けられることにより、当該圧電体層２８を円滑に変位させることができる一方で、駆動対象の梁状の圧電体層２８以外の部分の不要な変位を抑制することができる。本実施形態においては、梁状部の能動部を構成する圧電体層２８の幅が圧力室２２の幅よりも狭くなっているので、当該圧電体層２８がより動き易くなり、圧力室２２内のインクに対してより効率良く圧力変動を付与することが可能となる。

ここで、圧電素子１９の能動部は、上部電極２９、圧電体層２８、および下部電極２７が互いにオーバーラップする部分で規定されるが、このように窪み３１が設けられた構成では、両側の窪み３１に挟まれた範囲の梁状の圧電体層２８およびその上下の電極２７，２９が、実質的に能動部として機能する。そして、応力が集中しやすい圧力室２２の角３０の近傍には窪み３１が設けられておらず、当該角３０は圧電体層２８によって覆われているので、圧電素子１９の能動部が駆動する際の応力が圧力室２２の角３０に集中しにくくなり、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１５あるいは振動板２１や圧電素子１９の損傷を抑制することが可能となる。特に、本実施形態における圧力室２２のように、開口部の長手方向の端部に角３０を有し、さらに当該角３０が鋭角である場合に、当該鋭角な角３０に応力がより集中し易いが、このような構成において本発明は好適である。なお、窪み３１の形成範囲に関し、少なくとも鋭角の角３０を避けていればよく、鈍角の角３０であれば窪み３１が重なっていてもよい。

上部電極２９は、能動部を規定する本体部２９ａと、この本体部２９ａから離隔した導電部２９ｂとから構成されている。導電部２９ｂは、圧力室２２の開口縁よりも圧力室長手方向における他方のノズル列側に外れた領域における圧電体層２８上であって、本体部２９ａに対して所定の間隔を隔てた位置に、下部電極２７に対応して各々独立した状態に形成されている。そして、図５に示すように、導電部２９ｂおよび圧電体層２８を貫通する状態で、導電部２９ｂの上面から下部電極２７に至るスルーホール４２が形成されている。

上部電極２９の上には、図示しない密着層（例えば、ＮｉＣｒ）を介して金（Ａｕ）からなる金属層４１が形成されている。この金属層４１は、錘部４１ａとリード電極部４１ｂ（素子端子部の一種）とから構成される。錘部４１ａは、本発明における積層材の一種であり、複数の圧電素子１９に渡って当該圧電素子列設方向に沿って延在する帯状の部材である。この錘部４１ａは、上部電極２９の本体部２９ａ上であって、圧力室２２の上部開口部における長手方向の両端部にそれぞれ形成されている。より具体的には、平面視において圧力室２２の開口部の少なくとも１つの角３０と重なる位置に錘部４１ａが形成されている。本実施形態においては、当該開口部の長手方向一端部（他方のノズル列側）における２つの角３０と重なる位置と、当該開口部の長手方向他端部の１つの角３０と重なる位置にそれぞれ錘部４１ａが設けられている。これらの錘部４１ａの分、圧電素子１９における当該部分の総厚（圧電素子１９を構成する振動板２１、下部電極２７、圧電体層２８、上部電極２９、および錘部４１ａを含む全体の厚さ）は、圧力室２２の開口部に対応する部分の総厚よりも相対的に厚みが厚くなっている。そして、これらの錘部４１ａは、圧電素子１９の能動部の長手方両端部の変位を規制することで、駆動時における当該圧電素子１９の不規則な変位を抑制する。特に、本実施形態における圧力室２２のように長手方向端部に角３０を有し、当該角３０をなす辺の少なくも何れか一方が圧力室並設方向或いは圧力室長手方向に対して傾斜している場合において、この傾斜した辺の影響により圧電素子１９の長手方向両端部が意図しない方向に変形することが抑制される。

リード電極部４１ｂは、個別電極である下部電極２７に対応してパターニングされており、少なくとも一部が導電部２９ｂの上部に重なるように形成されている。このリード電極部４１ｂは、上記のスルーホール４２を通じて下部電極２７に導通されている。そして、このリード電極部４１ｂを介して各圧電素子１９に選択的に駆動電圧（駆動パルス）が印加される。錘部４１ａおよびリード電極部４１ｂは、同一の工程で形成され、それぞれの上面（表面）は同一面上に揃っている。また、リード電極部４１ｂのうち少なくとも１つは、共通電極である上部電極２９と導通して共通電極端子として機能する。

このような構成のヘッドユニット１１では、上部電極２９の本体部２９ａおよび導電部２９ｂの間の領域、或いは、錘部４１ａおよびリード電極部４１ｂの間（錘部４１ａが無い構成では、上部電極２９の本体部２９ａおよびリード電極部４１ｂの間）の領域に、上部電極２９が除かれて圧電体層２８の一部が露出している。以下、上部電極２９および金属層４１が形成されていない圧電体層２８の露出部分を露出部２８ａと称する。

アクチュエーターユニット１４における流路形成基板１５との接合面である下面とは反対側の上面には、圧電素子１９を収容可能な収容空部３２を有する封止板２０が接合される。この封止板２０は、アクチュエーターユニット１４との接合面である下面側に収容空部３２が開口した中空箱体状の部材である。上記の収容空部３２は、封止板２０の下面側から上面側に向けて封止板２０の高さ方向途中まで形成された窪みである。この収容空部３２のノズル列方向（圧力室並設方向）の内法は、同一列の全ての圧電素子１９を収容可能な大きさに設定されている。また、収納空部３２のノズル列に直交する方向の寸法は、圧力室２２の同方向（長手方向）の寸法よりも僅かに大きく、且つ、圧電体層２８の同方向の寸法よりも小さく設定されている。また、図２に示すように、封止板２０には、収容空部３２よりも圧力室長手方向の外側に外れた位置であって、振動板２１の連通開口部２６および流路形成基板１５の連通部２３に対応する領域には、液室空部３３が設けられている。この液室空部３３は、封止板２０を厚さ方向に貫通して圧力室並設方向に沿って一連に設けられており、上述したように連通開口部２６および連通部２３と一連に連通して各圧力室２２の共通のインク室となるリザーバーを画成する。

上記収容空部３２と液室空部３３とは、仕切壁３４によって隔てられている。この仕切壁３４の下端面を含む封止板２０の下面は、図５に示すように、接着剤Ｂによってアクチュエーターユニット１４の上面に接合される。接着剤Ｂは、例えば、エポキシ系の接着剤から成り、封止板２０の下面に転写により予め塗布される。封止板２０とアクチュエーターユニット１４の接合の際、仕切壁３４の下端面は、図５に示すように、露出部２８ａを跨ぐ状態で錘部４１ａおよびリード電極部４１ｂに接合される。同様に、圧力室２２の長手方向の他側に設けられた錘部４１ａにも封止板２０の下端面が接着剤により接合される。このように、上部電極２９の本体部２９ａ或いは錘部４１ａと、リード電極部４１ｂとの間に露出した圧電体層２８の露出部２８ａが、接着剤Ｂによって被覆される。このように、圧力室２２の角３０に対応する位置であって、錘部４１ａを設けることで総厚が相対的に厚くなった部分に封止板２０が接合されるので、圧電素子１９における能動部以外の不要な変位をより一層抑えることが可能となり、圧電素子１９にクラック等の損傷が生じることがより確実に抑制される。また、封止板２０が接合される部分に窪み３１が設けられておらず当該部分の圧電体層２８は平坦面となっているので、封止板２０を安定した状態で接合することができる。

ここで、上記のヘッドユニット１１の製造方法について説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１５となるシリコン単結晶基板が約１１００℃の拡散炉で熱酸化され、その表面に弾性膜１７を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜が形成される。次いで、図６（ｂ）に示すように、弾性膜１７上に、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜１８が形成される。具体的には、まず、弾性膜１７上に、例えば、ＤＣスパッタ法によりジルコニウム層が形成され、このジルコニウム層が熱酸化されることにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜１８が形成される。次いで、図６（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜１８上に積層することにより下部電極２７が形成され、圧力室２２の幅よりも小さい幅となるようにパターニングされる。

次に、図６（ｄ）に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層２８が下部電極２７の表面に積層される。圧電体層２８の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層２８が形成される。なお、圧電体層２８の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタ法等を用いることも可能である。続いて、図６（ｅ）に示すように、当該圧電体層２８の上面に、例えばイリジウムからなる上部電極２９が圧電体層２８の上面にスパッタリング等により形成される。この上部電極２９は、本体部２９ａと導電部２９ｂにパターニングされる。

次に、図７（ａ）に示すように、例えば、反応性イオンエッチング、イオンミリング等のドライエッチングによって、圧電体層２８および上部電極２９がパターニングされる。具体的には、上部電極２９は、本体部２９ａと導電部２９ｂにパターニングされ、さらに、この上部電極２９と圧電体層２８には、上記の窪み３１とスルーホール４２が形成される。続いて、図７（ｂ）に示すように、上部電極２９の上に、図示しない密着層を介してスパッタ法、真空蒸着法、或いはＣＶＤ法等により金属層４１が形成される。金属層４１は、エッチング等によって錘部４１ａとリード電極部４１ｂとにパターニングされる。続いて、封止板２０がアクチュエーターユニット１４に接合される。上述したように、封止板２０とアクチュエーターユニット１４の接合の際、仕切壁３４の下端面が、圧電体層２８の露出部２８ａを跨ぐ状態で錘部４１ａおよびリード電極部４１ｂに接合されるので、圧電体層２８の露出部２８ａが、封止板２０および接着剤Ｂによって被覆される。その後、アクチュエーターユニット１４および封止板２０が図示しない保護シートで覆われた状態で、圧力室２２が形成される前の状態のヘッドユニット１１がエッチング用液に浸漬されて、流路形成基板１５に圧力室２２やインク供給路２４等の流路がエッチングにより形成される。圧力室２２等の流路が形成されたならば、ノズルプレート１６を流路形成基板１５に接合する工程が行われる（図５参照）。

ここで、上記第１の実施形態では、圧力室２２の開口形状が略平行四辺形を呈した構成を例示したが、これには限られない。要は、角を複数有する多角形状を呈した開口形状を有する圧力室を備える構成に本発明を適用することができる。
図８は、本発明の第２の実施形態の構成を説明する圧電体層２８′の平面図である。なお、便宜上、説明に必要な構成以外のものは省略してある。本実施形態においては、圧力室２２′の開口形状（図８中点線で示す）が菱形に近い形を呈しており、隣り合う圧力室２２′同士は、互いの角３０′を向き合わせた状態で並設されている。これらの角３０′は、上記第１の実施形態における角３０のように直線と直線が交わるような角とは異なり、所定の曲率を有する曲線で構成されている。そして、隣り合う圧力室２２同士の間の領域に対応する圧電体層２８′の部分において、これらの圧力室２２′の辺同士に挟まれた領域に、各辺に沿って窪み３１′が形成されている。より具体的には、両圧力室２２′の開口部における略直線状の辺に対してそれぞれ１対１に対応して、それぞれの辺に沿って窪み３１′が形成されている。つまり、１つの圧力室２２′に対して、合計４つの窪み３１′が、当該圧力室２２′の開口部を囲むように配置されている。各窪み３１′の全長は、対応する辺の長さよりも短くなっている。したがって、上記第１の実施形態と同様に、角３０′に沿う領域は、窪み３１′における圧電体層２８′の厚みよりも相対的に厚くされている。すなわち、隣り合う圧力室２２′の間における少なくとも一方に角３０′が位置して挟まれた領域は、窪み３１′における圧電体層２８′の厚みよりも相対的に厚くされている。本実施形態の構成においても、当該圧電体層２８′を円滑に変位させることができる一方で、駆動対象の圧電体層２８以外の部分の不要な変位を抑制することができる。また、圧力室２２′の開口部の長手方向両端部に位置する角３０と重なる位置に、それぞれ錘部４１ａ′が設けられている。これらの錘部４１ａ′を設けることにより当該部分の総厚が他の部分の総厚よりも相対的に厚くなるので、駆動時における当該圧電素子１９の不規則な変位を抑制することができる。なお、窪み３１′に関し、図８において破線で示すように、当該窪み３１′の一部が圧力室２２′の開口部上に重畳する構成を採用することも可能である。

図９は、本発明の第３の実施形態の構成を説明する圧電体層２８″の平面図である。なお、第２の実施形態と同様に、説明に必要な構成以外のものは省略してある。本実施形態においては、圧力室２２″の開口形状（図９中点線で示す）が主に緩やかな曲線で構成された略平行四辺形状を呈している。このような曲線で構成された開口形状では、他の部分と比較して曲率が最大となる部分と２番目に大きい部分を角３０″と定義し、これら以外の比較的緩やかな曲線の部分を辺と定義する。そして、隣り合う圧力室２２同士の間の領域に対応する圧電体層２８″の部分において、これらの圧力室２２″の辺同士に挟まれた領域に、各辺に沿って窪み３１″が形成されている。本実施形態においては、窪み３１″の幅は、圧力室２２″を区画する隔壁よりも少し大きく設定されており、窪み３１″の一部は圧力室２２″の開口部内に重なっている。また、各窪み３１″の全長は、対応する辺の長さよりも短くなっている。したがって、上記第１の実施形態および第２の実施形態と同様に、角３０″に沿う領域は、窪み３１″における圧電体層２８″の厚みよりも相対的に厚くされている。すなわち、隣り合う圧力室２２″の間における少なくとも一方に角３０″が位置して挟まれた領域は、窪み３１″における圧電体層２８″の厚みよりも相対的に厚くされている。本実施形態の構成においても、当該圧電体層２８″を円滑に変位させることができる一方で、駆動対象の圧電体層２８以外の部分の不要な変位を抑制することができる。また、圧力室２２″の開口部の長手方向両端部に位置する最大の曲率を持つ角３０と重なる位置に、それぞれ錘部４１ａ″が設けられている。これらの錘部４１ａ″を設けることにより当該部分の総厚が他の部分の総厚よりも相対的に厚くなるので、駆動時における当該圧電素子１９の不規則な変位を抑制することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、上述した実施形態では、インクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、上記構成の圧電素子を用いるものであれば、インク以外の液体を噴射するものにも適用することができる。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（Electro Luminescence）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噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。

３…記録ヘッド，１４…アクチュエーターユニット，１５…流路形成部材，１６…ノズルプレート，１７…弾性膜，１８…絶縁体膜，１９…圧電素子，２０…封止板，２１…振動板，２２…圧力室，２５…ノズル，２７…下部電極，２８…圧電体層，２９…上部電極，３０…角，３１…窪み，３２…収容空部，４１…金属膜，４１ａ…錘部，４１ｂ…リード電極部，４２…スルーホール

Claims (7)

1. ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
   該圧力室形成部材における前記圧力室の開口部に対応する位置に、当該開口部に近い側から順に第１の電極、圧電体層、および第２の電極が積層されてなる圧電素子と、
   を備える液体噴射ヘッドであって、
   前記圧力室の開口部は、複数の角と、互いの角を結ぶ辺から成る多角形状を呈し、
   前記圧電体層は、前記圧力室形成部材における複数の圧力室に亘って一体的に形成されるとともに、隣り合う圧力室に挟まれた領域のうち、前記辺に沿う所定の領域は、当該圧電体層を貫通する窪み、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くされた窪みを有し、前記角に沿う所定の領域は、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚くされていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
   該圧力室形成部材における前記圧力室の開口部に対応する位置に、当該開口部に近い側から順に第１の電極、圧電体層、および第２の電極が積層されてなる圧電素子と、
   を備える液体噴射ヘッドであって、
   前記圧力室の開口部は、複数の角と、互いの角を結ぶ辺から成る多角形状を呈し、
   前記圧電体層は、前記圧力室形成部材における複数の圧力室に亘って一体的に形成されるとともに、隣り合う圧力室に挟まれた領域のうち、互いの辺で挟まれた領域は、当該圧電体層を貫通する窪み、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くされた窪みを有し、少なくとも一方に前記角が位置して挟まれた領域は、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚くされていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 隣り合う窪みに挟まれた領域であって前記圧力室の開口部に対応する位置には、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも厚い圧電体層が設けられ、
   当該位置の圧電体層の圧力室並設方向における幅は、同方向における前記圧力室の開口部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 圧力室並設方向に交差する方向における前記圧力室の開口部の両側に位置して少なくとも１つの角を覆う圧電体層上に、当該部分の総厚を他の部分よりも相対的に厚くする積層材が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記積層材は金属膜であり、前記第１の方向に沿って一連に形成されて複数の圧電素子の第２の電極と導通することを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記第１の電極、前記圧電体層、および前記第２の電極が相互に重畳する能動部を収容可能な空部が内部に形成された封止部材を設け、
   前記空部内に前記能動部を収容した状態で、前記積層材に前記封止部材が接合されたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の液体噴射ヘッド。
7. 請求項１から請求項６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置。

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