JP2019025795A

JP2019025795A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電デバイス

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Publication number: JP2019025795A
Application number: JP2017148080A
Authority: JP
Inventors: 栄樹平井; Eiki Hirai; 本規 ▲高▼部; Honki Takabe
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2037-07-31
Also published as: JP7087296B2

Abstract

【課題】圧電体層におけるクラックの発生を抑制する。【解決手段】液体を収容する圧力室と、前記圧力室から液体を噴射させる圧電デバイスとを具備する液体噴射ヘッドであって、前記圧電デバイスは、第１電極と、圧電体層と、第２電極と、絶縁層と、前記第２電極に電気的に接続される第１配線と、前記第２電極に電気的に接続される第２配線とを具備し、前記第１電極と前記圧電体層と前記第２電極とがこの順番で積層された第１領域と、前記圧電体層の第１端側に位置し、前記第１電極と前記圧電体層と前記絶縁層と前記第１配線とがこの順番で積層された第２領域と、前記圧電体層における前記第１端とは反対の第２端側に位置し、前記第１電極と前記圧電体層と前記絶縁層と前記第２配線とがこの順番で積層された第３領域とを含む液体噴射ヘッド。【選択図】図５

Description

本発明は、例えば液体噴射ヘッドに好適に利用される圧電デバイスの構造に関する。

圧力室の壁面を構成する振動板を圧電素子により振動させることで圧力室内の液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドが従来から提案されている。例えば特許文献１には、第１電極と第２電極との間に圧電体層を介在させた積層構造の圧電素子が開示されている。圧電素子の面上に形成された第２電極には、信号配線を介して駆動信号が供給される。信号配線は、長尺状の圧電素子における一方の端部側に形成される。

特開２０１４−１５１６２３号公報

しかし、特許文献１の構成では、圧電素子のうち信号配線とは反対側の端部において機械的な強度を充分に確保することが困難である。したがって、圧電体層の変形時に当該圧電体層にクラックが発生する可能性がある。以上の事情を考慮して、本発明の好適な態様は、圧電体層におけるクラックの発生を抑制することを目的とする。

＜態様１＞
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、液体を収容する圧力室と、前記圧力室から液体を噴射させる圧電デバイスとを具備する液体噴射ヘッドであって、前記圧電デバイスは、第１電極と、圧電体層と、第２電極と、絶縁層と、前記第２電極に電気的に接続される第１配線と、前記第２電極に電気的に接続される第２配線とを具備し、前記第１電極と前記圧電体層と前記第２電極とがこの順番で積層された第１領域と、前記圧電体層の第１端側に位置し、前記第１電極と前記圧電体層と前記絶縁層と前記第１配線とがこの順番で積層された第２領域と、前記圧電体層における前記第１端とは反対の第２端側に位置し、前記第１電極と前記圧電体層と前記絶縁層と前記第２配線とがこの順番で積層された第３領域とを含む。以上の態様では、圧電素子の第１端側に第１配線が形成され、第１端とは反対の第２端側に第２配線が形成されるから、第２配線が形成されない構成と比較して、圧電素子の第２端側の部分について剛性が増加する。また、圧電体層において第１端側と第２端側との間で機械的な剛性の差異が低減される。したがって、圧電体層におけるクラックの発生を抑制することが可能である。また、第１領域内の圧電体層に印加される電圧を下回る電圧が第３領域内の圧電体層に印加されるから、第１領域と第３領域との間で圧電体層に作用する応力の差異が低減される。以上の観点からしても、圧電体層におけるクラックの発生を抑制することが可能である。
＜態様２＞
態様１の好適例（態様２）において、前記第１電極は、前記圧電体層が積層された第１部分と、前記第１部分とは異なる第２部分とを含み、前記第１配線は、前記圧電体層の面上において前記第２電極に導通し、前記絶縁層を挟んで前記第１電極の前記第２部分に重なる。以上の態様では、圧電体層の面上において第２電極に導通する第１配線が、絶縁層を挟んで第１電極の第２部分に重なるから、第１電極と第２電極とが電気的に絶縁される。したがって、第１電極と第２電極とにより圧電体層に適切な電圧を印加することが可能である。
＜態様３＞
態様２の好適例（態様３）において、前記第１電極は、前記第１部分を挟んで前記第２部分とは反対側の第３部分を含み、前記第２配線は、前記圧電体層の面上において前記第２電極に導通し、前記絶縁層を挟んで前記第１電極の前記第３部分に重なる。以上の態様では、第２配線の構造が第１配線の構造に近付くから、圧電体層の第１端側と第２端側との間の剛性の相違に起因した異常変形が抑制される。したがって、圧電体層におけるクラックの発生を抑制できるという効果は格別に顕著である。
＜態様４＞
態様１から態様３の何れかの好適例（態様４）において、前記第１配線は、前記絶縁層に形成された第１コンタクトホールを介して、前記圧電体層の面上で前記第２電極に導通し、前記第２配線は、前記絶縁層に形成された第２コンタクトホールを介して、前記圧電体層の面上で前記第２電極に導通する。以上の態様では、第１コンタクトホールを介して第１配線を第２電極に導通させ、第２コンタクトホールを介して第２配線を第２電極に導通させることが可能である。
＜態様５＞
態様１から態様４の何れかの好適例（態様５）に係る液体噴射ヘッドは、平面視で前記第２配線を挟んで前記第１配線とは反対側に形成され、前記第１電極に導通する第３配線を具備する。以上の態様では、第３配線を介して第１電極に電圧を印加することが可能である。また、第１電極と比較して低抵抗な材料で第３配線を形成すれば、圧電体層の変形を阻害しないように第１電極を充分に薄く形成した構成でも、第１電極の抵抗に起因した電圧降下を第３配線により低減できるという利点がある。
＜態様６＞
態様１から態様５の何れかの好適例（態様６）において、前記第１配線には外部回路から駆動信号が供給され、前記第２配線は、前記第２電極と前記第１配線とを介して前記外部回路に電気的に接続される。
＜態様７＞
本発明の好適な態様（態様７）に係る液体噴射装置は、以上に例示した何れかの態様に係る液体噴射ヘッドを具備する。液体噴射装置の好例は、インクを噴射する印刷装置であるが、本発明に係る液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。
＜態様８＞
本発明の好適な態様（態様８）に係る圧電デバイスは、第１電極と、圧電体層と、第２電極と、絶縁層と、前記第２電極に電気的に接続される第１配線と、前記第２電極に電気的に接続される第２配線とを具備し、前記第１電極と前記圧電体層と前記第２電極とがこの順番で積層された第１領域と、前記圧電体層の第１端側に位置し、前記第１電極と前記圧電体層と前記絶縁層と前記第１配線とがこの順番で積層された第２領域と、前記圧電体層における前記第１端とは反対の第２端側に位置し、前記第１電極と前記圧電体層と前記絶縁層と前記第２配線とがこの順番で積層された第３領域とを含む。以上の態様では、圧電素子の第１端側に第１配線が形成され、第１端とは反対の第２端側に第２配線が形成されるから、第２配線が形成されない構成と比較して、圧電素子の第２端側の部分について剛性が増加する。また、圧電体層において第１端側と第２端側との間で機械的な剛性の差異が低減される。したがって、圧電体層におけるクラックの発生を抑制することが可能である。また、第１領域内の圧電体層に印加される電圧を下回る電圧が第３領域内の圧電体層に印加されるから、第１領域と第３領域との間で圧電体層に作用する応力の差異が低減される。以上の観点からしても、圧電体層におけるクラックの発生を抑制することが可能である。

第１実施形態に係る液体噴射装置の構成図である。液体噴射ヘッドの分解斜視図である。液体噴射ヘッドの断面図（図２のIII-III線の断面図）である。複数の圧電デバイスの平面図である。図４におけるＶ-Ｖ線の断面図である。第１領域内の電気的な構成を示す回路図である。第２領域内の電気的な構成を示す回路図である。第３領域内の電気的な構成を示す回路図である。対比例に係る圧電デバイスの断面図である。第２実施形態における複数の圧電デバイスの平面図である。図１０におけるXI−XI線の断面図である。変形例における圧電デバイスの断面図である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る液体噴射装置１００を例示する構成図である。第１実施形態の液体噴射装置１００は、液体の例示であるインクを媒体（噴射対象）１２に噴射するインクジェット方式の印刷装置である。媒体１２は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象が媒体１２として利用される。図１に例示される通り、液体噴射装置１００には、インクを貯留する液体容器１４が設置される。例えば液体噴射装置１００に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、またはインクを補充可能なインクタンクが液体容器１４として利用される。

図１に例示される通り、液体噴射装置１００は、制御ユニット２０と搬送機構２２と移動機構２４と液体噴射ヘッド２６とを具備する。制御ユニット２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、液体噴射装置１００の各要素を統括的に制御する。搬送機構２２は、制御ユニット２０による制御のもとで媒体１２をＹ方向（Ｙ1，Ｙ2）に搬送する。

移動機構２４は、制御ユニット２０による制御のもとで液体噴射ヘッド２６をＸ方向（Ｘ1，Ｘ2）に往復させる。Ｘ方向は、媒体１２が搬送されるＹ方向に交差（典型的には直交）する方向である。第１実施形態の移動機構２４は、液体噴射ヘッド２６を収容する略箱型の搬送体２４２（キャリッジ）と、搬送体２４２が固定された搬送ベルト２４４とを具備する。なお、複数の液体噴射ヘッド２６を搬送体２４２に搭載した構成や、液体容器１４を液体噴射ヘッド２６とともに搬送体２４２に搭載した構成も採用され得る。

液体噴射ヘッド２６は、液体容器１４から供給されるインクを制御ユニット２０による制御のもとで複数のノズル（噴射孔）から媒体１２に噴射する。搬送機構２２による媒体１２の搬送と搬送体２４２の反復的な往復とに並行して各液体噴射ヘッド２６が媒体１２にインクを噴射することで、媒体１２の表面に所望の画像が形成される。

図２は、液体噴射ヘッド２６の分解斜視図であり、図３は、図２におけるIII-III線の断面図（Ｘ-Ｚ平面に平行な断面）である。図２に例示される通り、Ｘ-Ｙ平面（例えば媒体１２の表面に平行な平面）に垂直な方向を以下ではＺ方向（Ｚ1，Ｚ2）と表記する。各液体噴射ヘッド２６によるインクの噴射方向（典型的には鉛直方向）がＺ方向に相当する。なお、以下の説明では、Ｘ方向の一方側を「Ｘ1側」と表記するとともに他方側を「Ｘ2側」と表記する。同様に、Ｙ方向の一方側を「Ｙ1側」と表記するとともに他方側を「Ｙ2側」と表記し、Ｚ方向の一方側を「Ｚ1側」と表記するとともに他方側を「Ｚ2側」と表記する。

図２および図３に例示される通り、液体噴射ヘッド２６は、Ｙ方向に長尺な略矩形状の流路基板３２を具備する。流路基板３２のうちＺ方向におけるＺ2側の面上には、圧力室基板３４と振動板３６と複数の圧電デバイス３８と筐体部４２と封止体４４とが設置される。他方、流路基板３２のうちＺ方向におけるＺ1側の面上には、ノズル板４６と吸振体４８とが設置される。液体噴射ヘッド２６の各要素は、概略的には流路基板３２と同様にＹ方向に長尺な板状部材であり、例えば接着剤を利用して相互に接合される。

図２に例示される通り、ノズル板４６は、Ｙ方向に配列する複数のノズルＮが形成された板状部材である。各ノズルＮは、インクが通過する貫通孔である。なお、流路基板３２と圧力室基板３４とノズル板４６とは、例えばシリコン（Ｓi）の単結晶基板をエッチング等の半導体製造技術により加工することで形成される。ただし、液体噴射ヘッド２６の各要素の材料や製法は任意である。Ｙ方向は、複数のノズルＮが配列する方向とも換言され得る。

流路基板３２は、インクの流路を形成するための板状部材である。図２および図３に例示される通り、流路基板３２には、開口部３２２と供給流路３２４と連通流路３２６とが形成される。開口部３２２は、複数のノズルＮにわたり連続するように平面視で（すなわちＺ方向からみて）Ｙ方向に沿う長尺状に形成された貫通孔である。他方、供給流路３２４および連通流路３２６は、ノズルＮ毎に個別に形成された貫通孔である。また、図３に例示される通り、流路基板３２のうちＺ方向におけるＺ1側の表面には、複数の供給流路３２４にわたる中継流路３２８が形成される。中継流路３２８は、開口部３２２と複数の供給流路３２４とを連通させる流路である。

筐体部４２は、例えば樹脂材料の射出成形で製造された構造体であり、流路基板３２のうちＺ方向におけるＺ2側の表面に固定される。図３に例示される通り、筐体部４２には収容部４２２と導入口４２４とが形成される。収容部４２２は、流路基板３２の開口部３２２に対応した外形の凹部であり、導入口４２４は、収容部４２２に連通する貫通孔である。図３から理解される通り、流路基板３２の開口部３２２と筐体部４２の収容部４２２とを相互に連通させた空間が液体貯留室（リザーバー）Ｒとして機能する。液体容器１４から供給されて導入口４２４を通過したインクが液体貯留室Ｒに貯留される。

吸振体４８は、液体貯留室Ｒ内の圧力変動を吸収するための要素であり、例えば弾性変形が可能な可撓性のシート部材（コンプライアンス基板）を含んで構成される。具体的には、流路基板３２の開口部３２２と中継流路３２８と複数の供給流路３２４とを閉塞して液体貯留室Ｒの底面を構成するように、流路基板３２のうちＺ方向におけるＺ1側の表面に吸振体４８が設置される。

図２および図３に例示される通り、圧力室基板３４は、相異なるノズルＮに対応する複数の圧力室Ｃが形成された板状部材である。複数の圧力室Ｃは、Ｙ方向に沿って配列する。各圧力室Ｃ（キャビティ）は、平面視でＸ方向に沿う長尺状の開口部である。Ｘ方向におけるＸ1側における圧力室Ｃの端部は平面視で流路基板３２の１個の供給流路３２４に重なり、Ｘ方向のＸ2側における圧力室Ｃの端部は平面視で流路基板３２の１個の連通流路３２６に重なる。

圧力室基板３４のうち流路基板３２とは反対側の表面には振動板３６が設置される。振動板３６は、弾性的に変形可能な板状部材である。図３に例示される通り、第１実施形態の振動板３６は、第１層３６１と第２層３６２との積層で構成される。第２層３６２は、第１層３６１からみて圧力室基板３４とは反対側に位置する。第１層３６１は、酸化シリコン（ＳiＯ_２）等の弾性材料で形成された弾性膜であり、第２層３６２は、酸化ジルコニウム（ＺrＯ_２）等の絶縁材料で形成された絶縁膜である。なお、所定の板厚の板状部材のうち圧力室Ｃに対応する領域について板厚方向の一部を選択的に除去することで、圧力室基板３４と振動板３６の一部または全部とを一体に形成することも可能である。

図３から理解される通り、流路基板３２と振動板３６とは、各圧力室Ｃの内側で相互に間隔をあけて対向する。圧力室Ｃは、流路基板３２と振動板３６との間に位置し、当該圧力室Ｃ内に充填されたインクに圧力を付与するための空間である。液体貯留室Ｒに貯留されたインクは、中継流路３２８から各供給流路３２４に分岐して複数の圧力室Ｃに並列に供給および充填される。以上の説明から理解される通り、振動板３６は、圧力室Ｃの壁面（具体的には、圧力室Ｃの一面である上面）を構成する。

図２および図３に例示される通り、振動板３６のうち圧力室Ｃとは反対側の表面（すなわち第２層３６２の表面）には、相異なるノズルＮ（または圧力室Ｃ）に対応する複数の圧電デバイス３８が設置される。各圧電デバイス３８は、駆動信号の供給により変形するアクチュエーターであり、平面視でＸ方向に沿う長尺状に形成される。複数の圧電デバイス３８は、複数の圧力室Ｃに対応するようにＹ方向に配列する。圧電デバイス３８の変形に連動して振動板３６が振動すると、圧力室Ｃ内の圧力が変動することで、圧力室Ｃに充填されたインクが連通流路３２６とノズルＮとを通過して噴射される。

図２および図３の封止体４４は、複数の圧電デバイス３８を保護するとともに圧力室基板３４および振動板３６の機械的な強度を補強する構造体であり、振動板３６の表面に例えば接着剤で固定される。封止体４４のうち振動板３６との対向面に形成された凹部の内側に複数の圧電デバイス３８が収容される。

図３に例示される通り、振動板３６の表面（または圧力室基板３４の表面）には、例えば配線基板５０が接合される。配線基板５０は、制御ユニット２０または電源回路（図示略）と液体噴射ヘッド２６とを電気的に接続するための複数の配線（図示略）が形成された実装部品である。例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）やＦＦＣ（Flexible Flat Cable）等の可撓性の配線基板５０が好適に採用される。圧電デバイス３８を駆動するための駆動信号が配線基板５０から各圧電デバイス３８に供給される。

各圧電デバイス３８の具体的な構成を以下に詳述する。図４は、複数の圧電デバイス３８の平面図である。なお、図４では、任意の１個の要素の奥側に位置する要素の周縁（本来は手前側の要素に隠れる部位）も便宜的に図示されている。また、図５は、図４におけるＶ-Ｖ線の断面図（圧電デバイスの長手方向に沿う断面）である。図４および図５に例示される通り、圧力室ＣのうちＸ方向のＸ1側の壁面と振動板３６の表面（第１層３６１の表面）とが交差する部分を、以下の説明では端部ｃ1と表記する。また、圧力室ＣのうちＸ方向のＸ2側の壁面と振動板３６の表面とが交差する部分を、以下の説明では端部ｃ2と表記する。

図４および図５に例示される通り、圧電デバイス３８は、第１電極５１と圧電体層５２と第２電極５３と絶縁層５４と第１配線５５と第２配線５６との積層で構成される。なお、本明細書において「要素Ａと要素Ｂとが積層される」という表現は、要素Ａと要素Ｂとが直接的に接触する構成には限定されない。すなわち、要素Ａと要素Ｂとの間に他の要素Ｃが介在する構成も、「要素Ａと要素Ｂとが積層される」という概念に包含される。また、「要素Ａの面上に要素Ｂが形成される」という表現も同様に、要素Ａと要素Ｂとが直接的に接触する構成には限定されない。すなわち、要素Ａの表面に要素Ｃが形成され、要素Ｃの表面に要素Ｂが形成された構成でも、要素Ａと要素Ｂとの少なくとも一部が平面視で重なる構成であれば、「要素Ａの面上に要素Ｂが形成される」という概念に包含される。

第１電極５１は、振動板３６の面上（具体的には第２層３６２の表面）に形成される。具体的には、第１電極５１は、複数の圧電デバイス３８（または複数の圧力室Ｃ）にわたり連続するようにＹ方向に延在する帯状の共通電極である。第１電極５１におけるＹ方向の端部には、例えば配線基板５０から所定の基準電圧Ｖbsが印加される。

図４および図５に例示される通り、第１電極５１のうちＸ方向におけるＸ1側の端部（周縁）Ｅa1は、圧力室ＣにおけるＸ1側の端部ｃ1からみてＸ2側に位置する。また、第１電極５１のうちＸ方向におけるＸ2側の端部Ｅa2は、圧力室ＣにおけるＸ2側の端部ｃ2からみてＸ1側に位置する。すなわち、各圧力室Ｃの端部ｃ1および端部ｃ2は、第１電極５１が形成された範囲の外側に位置する。

圧電体層５２は、第１電極５１の面上に形成される。圧電体層５２は、圧電デバイス３８毎（または圧力室Ｃ毎）に個別に形成されて平面視で圧力室Ｃに重なる。すなわち、Ｘ方向に長尺な複数の圧電体層５２が相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。圧電体層５２の材料または製法は任意である。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電材料の薄膜をスパッタリング等の公知の成膜技術により形成し、フォトリソグラフィ等の公知の加工技術により当該薄膜を選択的に除去することで、圧電体層５２を形成することが可能である。

図４および図５に例示される通り、圧電体層５２におけるＸ方向のＸ1側の端部Ｅb1（第１端の例示）は、第１電極５１の端部Ｅa1からみてＸ方向のＸ2側に位置する。また、圧電体層５２におけるＸ方向のＸ2側の端部Ｅb2（第２端の例示）は、第１電極５１の端部Ｅa2からみてＸ方向のＸ1側に位置する。以上の説明から理解される通り、各圧電体層５２は、第１電極５１が形成された範囲の内側に位置する。すなわち、図４および図５に例示される通り、第１電極５１は、圧電体層５２が積層された第１部分Ｓ1と、圧電体層５２が積層されない第２部分Ｓ2および第３部分Ｓ3とを含む。第１部分Ｓ1は、圧電体層５２と平面視で重なる領域であり、第２部分Ｓ2および第３部分Ｓ3は、平面視で圧電体層５２の周縁からＸ方向に張出した領域である。第２部分Ｓ2は、第１部分Ｓ1からみてＸ方向のＸ1側（端部Ｅa1側）の領域である。第３部分Ｓ3は、第１部分Ｓ1を挟んで第２部分Ｓ2とは反対側（第１部分Ｓ1からみてＸ方向のＸ2側）の領域である。

第２電極５３は、圧電体層５２の面上に形成される。第２電極５３は、圧電デバイス３８毎（または圧力室Ｃ毎）に個別に形成された個別電極である。具体的には、Ｘ方向に延在する複数の第２電極５３が、相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。第２電極５３の材料または製法は任意である。例えば、白金またはイリジウム等の導電材料の薄膜をスパッタリング等の公知の成膜技術により形成し、フォトリソグラフィ等の公知の加工技術により当該薄膜を選択的に除去することで、第２電極５３を形成することが可能である。

第２電極５３のうちＸ方向におけるＸ1側の端部Ｅc1は、圧電体層５２の端部Ｅb1からみてＸ方向のＸ2側に位置する。また、第２電極５３のうちＸ方向におけるＸ2側の端部Ｅc2は、圧電体層５２の端部Ｅb2からみてＸ方向のＸ1側に位置する。また、第２電極５３は、Ｙ方向においても圧電体層５２の内側に位置する。以上の説明から理解される通り、第２電極５３は、圧電体層５２が形成された範囲の内側に位置する。

第１電極５１と圧電体層５２と第２電極５３との積層により圧電素子Ｐが構成される。圧力室Ｃ毎（またはノズルＮ毎）に圧電素子Ｐが個別に形成される。Ｘ方向に長尺な複数の圧電素子Ｐが、相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。圧電体層５２のうち第１電極５１と第２電極５３とで挟まれた部分（いわゆる能動部）が、第１電極５１に印加される基準電圧Ｖbsと第２電極５３に供給される駆動信号Ｖdrとの電圧差に応じて変形する。なお、Ｚ方向は、圧電素子Ｐを構成する複数層が積層された方向とも換言され得る。

絶縁層５４は、複数の圧電素子Ｐが形成された振動板３６の表面を覆う絶縁性の被膜である。すなわち、絶縁層５４は、第１電極５１と圧電体層５２と第２電極５３とを被覆する。絶縁層５４は、例えば酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）または窒化珪素（ＳｉＮ_ｘ）等の絶縁材料で形成される。

第１配線５５は、絶縁層５４の面上に形成された導電層である。第１配線５５は、圧電素子Ｐ毎（または圧力室Ｃ毎）に個別に形成される。具体的には、Ｘ方向に長尺な複数の第１配線５５が、相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。

図４および図５に例示される通り、第１配線５５は、圧電体層５２の端部Ｅb1側に形成される。すなわち、第１配線５５は、圧電体層５２の端部Ｅb1に平面視で重なる。具体的には、第１配線５５のうちＸ方向におけるＸ1側の端部Ｅd1は、第１電極５１の端部Ｅa1からみてＸ方向のＸ1側に位置する。また、第１配線５５のうちＸ方向におけるＸ2側の端部Ｅd2は、第２電極５３の端部Ｅc1からみてＸ方向のＸ2側に位置する。以上の説明から理解される通り、第１配線５５は、圧電体層５２および第２電極５３の面上と第１電極５１の第２部分Ｓ2（圧電体層５２に重ならない部分）の面上とにわたり連続する。なお、図４においては、第１配線５５が圧電体層５２よりも幅広である構成を例示したが、第１配線５５の配線幅は任意である。

第１配線５５のうち圧電体層５２の面上に位置する端部Ｅd2側の部分は、絶縁層５４に形成されたコンタクトホールＨ1（第１コンタクトホールの例示）を介して第２電極５３に電気的に接続される。また、第１配線５５のうち圧電体層５２の端部Ｅb1からみてＸ方向のＸ1側の部分は、絶縁層５４を挟んで第１電極５１の第２部分Ｓ2に平面視で重なる。したがって、第１配線５５（さらには第２電極５３）と第１電極５１とは電気的に絶縁される。第１配線５５のうち端部Ｅd1側の部分は、配線基板５０の配線に電気的に接続される。以上の構成において、配線基板５０（外部回路の例示）から第１配線５５に供給された駆動信号Ｖdrは、第１配線５５を介して第２電極５３に供給される。

第２配線５６は、絶縁層５４の面上に形成された導電層である。第２配線５６は、圧電素子Ｐ毎（または圧力室Ｃ毎）に個別に形成される。具体的には、Ｘ方向に長尺な複数の第２配線５６が、相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。

図４および図５に例示される通り、第２配線５６は、圧電体層５２の端部Ｅb2側に形成される。すなわち、第２配線５６は、圧電体層５２の端部Ｅb2に平面視で重なる。具体的には、第２配線５６のうちＸ方向におけるＸ1側の端部Ｅe1は、第２電極５３の端部Ｅc2からみてＸ方向のＸ1側に位置する。また、第２配線５６のうちＸ方向におけるＸ2側の端部Ｅe2は、第１電極５１の端部Ｅa2からみてＸ方向のＸ2側に位置する。第１実施形態では、さらに、第２配線５６におけるＸ2側の端部Ｅe2は、圧力室Ｃの端部ｃ2からみてＸ2側に位置する。以上の説明から理解される通り、第２配線５６は、圧電体層５２および第２電極５３の面上と第１電極５１の第３部分Ｓ3（圧電体層５２に重ならない部分）の面上とにわたり連続する。すなわち、第１配線５５と第２配線５６とは、概略的には、Ｙ-Ｚ平面を挟んで面対称に形成される。なお、図４においては、第２配線５６が圧電体層５２よりも幅広である構成を例示したが、第２配線５６の配線幅は任意である。

第２配線５６のうち圧電体層５２の端部Ｅb2からみてＸ方向のＸ2側の部分は、絶縁層５４を挟んで第１電極５１の第３部分Ｓ3に平面視で重なる。すなわち、第２配線５６と第１電極５１とは電気的に絶縁される。他方、第２配線５６のうち端部Ｅe1側の部分は、圧電体層５２の面上において第２電極５３のうち端部Ｅc2側の部分に平面視で重なる。第２配線５６のうち圧電体層５２の面上に位置する端部Ｅe1側の部分は、絶縁層５４に形成されたコンタクトホールＨ2（第２コンタクトホールの例示）を介して第２電極５３に電気的に接続される。すなわち、第２配線５６は、第２電極５３と第１配線５５とを介して配線基板５０の配線に電気的に接続される。したがって、配線基板５０から第１配線５５に供給された駆動信号Ｖdrは、第２電極５３を介して第２配線５６にも供給される。

第１配線５５および第２配線５６は、共通の導電層（単層または複数層）を選択的に除去することで一括的に形成される。したがって、第１配線５５と第２配線５６とは、共通の導電材料により略同一の膜厚に形成される。例えば、金等の低抵抗な金属の導電層をスパッタリング等の公知の成膜技術により形成し、フォトリソグラフィ等の公知の加工技術により当該導電層を選択的に除去することで、第１配線５５と第２配線５６とが一括的に形成される。第１配線５５および第２配線５６の膜厚は、第２電極５３の膜厚よりも厚い。例えば、第２電極５３は、圧電体層５２の変形を過度に抑制しないように充分に薄い膜厚に形成される。他方、第１配線５５および第２配線５６については、配線抵抗が充分に低減されるように相応の膜厚が確保される。

図４および図５に例示される通り、圧電デバイス３８のうち圧電体層５２が形成された範囲は、平面視で第１領域Ｑ1と第２領域Ｑ2と第３領域Ｑ3とに区分される。第２領域Ｑ2は、圧電体層５２における端部Ｅb1側の領域であり、第３領域Ｑ3は、圧電体層５２における端部Ｅb2側の領域である。第１領域Ｑ1は、第２領域Ｑ2と第３領域Ｑ3との間の領域である。すなわち、第１領域Ｑ1からみてＸ方向のＸ1側に第２領域Ｑ2が位置し、第１領域Ｑ1からみてＸ方向のＸ2側の第３領域Ｑ3が位置する。

第１領域Ｑ1は、第１配線５５および第２配線５６が形成されない領域である。したがって、第１領域Ｑ1（能動部）においては、第１電極５１（第１部分Ｓ1）と圧電体層５２と第２電極５３とが振動板３６側からこの順番で積層される。他方、第２領域Ｑ2は、第１配線５５が形成された領域である。したがって、第２領域Ｑ2においては、第１電極５１（第２部分Ｓ2）と圧電体層５２と絶縁層５４と第１配線５５とが振動板３６側からこの順番で積層される。また、第３領域Ｑ3は、第２配線５６が形成された領域である。したがって、第３領域Ｑ3においては、第１電極５１（第３部分Ｓ3）と圧電体層５２と絶縁層５４と第２配線５６とが振動板３６側からこの順番で積層される。

図６に例示される通り、第１領域Ｑ1には、圧電体層５２を誘電体とする容量素子Ｃpが第１電極５１と第２電極５３との間に形成される。他方、第２領域Ｑ2においては、第１電極５１と第１配線５５との間に圧電体層５２と絶縁層５４とが介在する。すなわち、第２領域Ｑ2においては、図７に例示される通り、圧電体層５２を誘電体とする容量素子Ｃpと、絶縁層５４を誘電体とする容量素子Ｃsとが、第１電極５１と第１配線５５との間に直列に接続される。第３領域Ｑ3においては、第１電極５１と第２配線５６との間に圧電体層５２と絶縁層５４とが介在する。すなわち、第３領域Ｑ3においては、図８に例示される通り、圧電体層５２を誘電体とする容量素子Ｃpと、絶縁層５４を誘電体とする容量素子Ｃsとが、第１電極５１と第２配線５６との間に直列に接続される。

以上に説明した通り、第１実施形態では、圧電体層５２の長手方向（Ｘ方向）において第１配線５５とは反対側に第２配線５６が形成される。以上の構成によれば、圧電体層５２のうち端部Ｅb2側の部分の機械的な剛性が、第１配線５５が形成された端部Ｅb1側と同等に確保される。したがって、端部Ｅb2の近傍における圧電体層５２や振動板３６におけるクラックの発生を抑制することが可能である。

図９は、第２配線５６を形成しない構成（以下「対比例」という）の断面図である。図９に例示される通り、対比例において、第１電極５１と第２電極５３とが対向する領域Ｑa内では、基準電圧Ｖbsと駆動信号Ｖdrとの差分に相当する電圧Ｖaが圧電体層５２に印加される。他方、領域ＱaからみてＸ方向のＸ2側に位置する領域Ｑb内では、圧電体層５２に電圧は印加されない。すなわち、圧電体層５２は、領域Ｑa内では電圧Ｖaに応じて変形する一方、領域Ｑb内では変形しない。したがって、領域Ｑaと領域Ｑbとの境界に局所的な応力差が発生し、圧電体層５２にクラックが発生する可能性がある。

他方、第１実施形態の第３領域Ｑ3内においては、第１電極５１と第２配線５６との間に圧電体層５２と絶縁層５４とが介在する。以上の構成では、第１電極５１と第２配線５６との間の電圧Ｖaは、図８の容量素子Ｃsと容量素子Ｃpとで分割される。したがって、圧電体層５２に印加される電圧Ｖbは、第１電極５１と第２配線５６との間の電圧Ｖaを下回る。すなわち、第３領域Ｑ3内の圧電体層５２には、第１領域Ｑ1内の圧電体層５２よりも低い電圧が印加される。したがって、圧電体層５２のうち第１領域Ｑ1と第３領域Ｑ3との境界に発生する応力差は、対比例１と比較して低減される。すなわち、第１実施形態によれば、機械的な剛性の観点だけでなく、以上に説明した電気的な観点からも、圧電体層５２におけるクラックの発生を抑制できるという利点がある。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各形態において作用または機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図１０は、第２実施形態における複数の圧電デバイス３８の平面図であり、図１１は、図１０におけるXI−XI線の断面図である。図１０および図１１に例示される通り、第２実施形態の圧電デバイス３８は、第１実施形態と同様の要素に加えて第３配線５７を具備する。第３配線５７は、複数の圧電デバイス３８にわたり連続するようにＹ方向に延在する帯状の電極である。第３配線５７は、第１電極５１と比較して抵抗率が低い導電材料で形成される。例えば、共通の導電層を選択的に除去することで、第１配線５５と第２配線５６と第３配線５７とが一括的に形成される。

図１０および図１１に例示される通り、第３配線５７は、第１電極５１のうち端部Ｅa2側の部分に平面視で重なる。したがって、第３配線５７は、平面視で第２配線５６を挟んで第１配線５５とは反対側に形成される。第３配線５７は、絶縁層５４に形成されたコンタクトホールＨ3を介して第１電極５１に導通する。図４に例示される通り、コンタクトホールＨ3は、例えば圧電デバイス３８毎に個別に形成される。ただし、コンタクトホールＨ3の形状や位置は任意である。例えば、複数の圧電デバイス３８にわたり連続するＸ方向に長尺なコンタクトホールＨ3を形成してもよい。第３配線５７には、例えば配線基板５０から所定の基準電圧Ｖbsが印加される。基準電圧Ｖbsは、第３配線５７を介して第１電極５１に印加される。

第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第３実施形態では、第３配線５７を介して第１電極５１に電圧を印加することが可能である。ところで、圧電体層５２の変形量を充分に確保する観点からは、第１電極５１を充分に薄く形成することが重要である。しかし、第１電極５１の膜厚が薄いほど第１電極５１の抵抗が増大するから、配線基板５０から第１電極５１に印加された電圧に、第１電極５１のＹ方向に沿った電圧降下が発生する。以上に説明した電圧降下に起因して、各圧電デバイス３８の圧電素子Ｐに印加される電圧に誤差が発生する可能性がある。第２実施形態では、第１電極５１と比較して抵抗率が低い導電材料で第３配線５７が形成される。したがって、第１電極５１における電圧降下が抑制され、結果的に各圧電素子Ｐに印加される電圧の誤差を低減できるという利点がある。

＜変形例＞
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

（１）前述の各形態では、絶縁層５４が各圧電体層５２の全体を覆う構成を例示したが、絶縁層５４が形成される範囲は以上の例示に限定されない。例えば、図１２に例示される通り、第２電極５３の表面の一部または全部に絶縁層５４を形成しない構成も採用され得る。第１配線５５および第２配線５６の各々において絶縁層５４の周縁から張出した部分が第２電極５３に導通する。図１２の例示から理解される通り、コンタクトホールＨ1およびコンタクトホールＨ2を省略してもよい。また、第２実施形態において、第３配線５７のうち絶縁層５４の周縁から張出した部分を第１電極５１に接触させてもよい。すなわち、コンタクトホールＨ3は省略される。

（２）前述の各形態では、複数の圧電デバイス３８にわたり連続する帯状の第１電極５１を例示したが、第１電極５１の平面形状は以上の例示に限定されない。例えば、第１電極５１を圧電デバイス３８毎に個別に形成してもよい。第１電極５１を個別電極とした構成では、第１電極５１が形成された範囲の内側に圧電体層５２が形成される。

（３）圧力室Ｃの端部ｃ1および端部ｃ2の位置は前述の各形態での例示に限定されない。例えば、第１電極５１の端部Ｅa1と第１配線５５の端部Ｅd2との間の範囲内の任意の位置に圧力室Ｃの端部ｃ1を位置させてもよい。同様に、例えば、第１電極５１の端部Ｅa2と第２配線５６の端部Ｅe1との間の範囲内の任意の位置に圧力室Ｃの端部ｃ2を位置させてもよい。

（４）圧力室Ｃまたは圧電デバイス３８の平面形状は前述の各形態の例示に限定されない。例えば、シリコン（Ｓi）の単結晶基板を圧力室基板３４として利用した構成では、実際には、圧力室Ｃの平面形状に結晶面が反映される。

（５）前述の各形態では、液体噴射ヘッド２６を搭載した搬送体２４２を往復させるシリアル方式の液体噴射装置１００を例示したが、複数のノズルＮが媒体１２の全幅にわたり分布するライン方式の液体噴射装置にも本発明を適用することが可能である。

（６）前述の各形態で例示した液体噴射装置１００は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を噴射する液体噴射装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。

１００…液体噴射装置、１２…媒体、１４…液体容器、２０…制御ユニット、２２…搬送機構、２４…移動機構、２６…液体噴射ヘッド、３２……流路基板、３４……圧力室基板、３４２…除去部、３６……振動板、３８……圧電デバイス、４２……筐体部、４４……封止体、４６……ノズル板、Ｎ……ノズル、４８……吸振体、５０……配線基板、５１…第１電極、５２…圧電体層、５３…第２電極、５４…絶縁層、５５…第１配線、５６…第２配線、５７…第３配線、Ｃ…圧力室、Ｒ…液体貯留室、Ｐ…圧電素子。

Claims

液体を収容する圧力室と、
前記圧力室から液体を噴射させる圧電デバイスと
を具備する液体噴射ヘッドであって、
前記圧電デバイスは、
第１電極と、
圧電体層と、
第２電極と、
絶縁層と、
前記第２電極に電気的に接続される第１配線と、
前記第２電極に電気的に接続される第２配線とを具備し、
前記第１電極と前記圧電体層と前記第２電極とがこの順番で積層された第１領域と、
前記圧電体層の第１端側に位置し、前記第１電極と前記圧電体層と前記絶縁層と前記第１配線とがこの順番で積層された第２領域と、
前記圧電体層における前記第１端とは反対の第２端側に位置し、前記第１電極と前記圧電体層と前記絶縁層と前記第２配線とがこの順番で積層された第３領域とを含む
液体噴射ヘッド。
前記第１電極は、前記圧電体層が積層された第１部分と、前記第１部分とは異なる第２部分とを含み、
前記第１配線は、前記圧電体層の面上において前記第２電極に導通し、前記絶縁層を挟んで前記第１電極の前記第２部分に重なる
請求項１の液体噴射ヘッド。
前記第１電極は、前記第１部分を挟んで前記第２部分とは反対側の第３部分を含み、
前記第２配線は、前記圧電体層の面上において前記第２電極に導通し、前記絶縁層を挟んで前記第１電極の前記第３部分に重なる
請求項２の液体噴射ヘッド。
前記第１配線は、前記絶縁層に形成された第１コンタクトホールを介して、前記圧電体層の面上で前記第２電極に導通し、
前記第２配線は、前記絶縁層に形成された第２コンタクトホールを介して、前記圧電体層の面上で前記第２電極に導通する
請求項１から請求項３の何れかの液体噴射ヘッド。
平面視で前記第２配線を挟んで前記第１配線とは反対側に形成され、前記第１電極に導通する第３配線
を具備する請求項１から請求項４の何れかの液体噴射ヘッド。
前記第１配線には外部回路から駆動信号が供給され、
前記第２配線は、前記第２電極と前記第１配線とを介して前記外部回路に電気的に接続される
請求項１から請求項５の何れかの液体噴射ヘッド。
請求項１から請求項６の何れかの液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置。
第１電極と、
圧電体層と、
第２電極と、
絶縁層と、
前記第２電極に電気的に接続される第１配線と、
前記第２電極に電気的に接続される第２配線とを具備し、
前記第１電極と前記圧電体層と前記第２電極とがこの順番で積層された第１領域と、
前記圧電体層の第１端側に位置し、前記第１電極と前記圧電体層と前記絶縁層と前記第１配線とがこの順番で積層された第２領域と、
前記圧電体層における前記第１端とは反対の第２端側に位置し、前記第１電極と前記圧電体層と前記絶縁層と前記第２配線とがこの順番で積層された第３領域とを含む
圧電デバイス。