JP2019202534A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】圧電体層の特性の変化を抑制する。【解決手段】液体を収容する圧力室と、前記圧力室の壁面を構成する振動板と、前記振動板に形成された圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子は、第１電極と、前記第１電極からみて前記振動板とは反対側に形成された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された圧電体層と、前記圧電体層よりも誘電率が低い材料で形成された誘電体層とを具備し、前記第１電極と前記第２電極との間に前記圧電体層と前記誘電体層とが介在する第１部分と、前記圧電体層が前記第１電極および前記第２電極に接触する第２部分とを含む液体噴射ヘッド。【選択図】図４

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、圧電体層を下電極と上電極との間に介在させた圧電振動子を振動板に形成した構造が開示されている。特許文献１の構成では、圧電振動子の上電極が部分的に除去される。

特開２０００−６３９９号公報

圧力室の中央近傍では、振動板の変位量が大きいため、振動板に発生する応力が顕著となり、振動板にクラックが発生し易い。特許文献１の構成では、圧電振動子の上電極が部分的に除去されることで、圧電体層に電圧が印加されない領域が形成される。したがって、圧電素子の変位量が抑制され、振動板にクラックが発生する可能性は低減される。しかし、特許文献１の技術では、上電極の部分的な除去で形成された開口内に圧電体層が露出する。以上の構成では、圧電体層のうち開口内の部分の圧電特性が変化し易いという問題がある。

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、前記圧力室の壁面を構成する振動板と、前記振動板に形成された圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子は、第１電極と、前記第１電極からみて前記振動板とは反対側に形成された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された圧電体層と、前記圧電体層よりも誘電率が低い材料で形成された誘電体層とを具備し、前記第１電極と前記第２電極との間に前記圧電体層と前記誘電体層とが介在する第１部分と、前記圧電体層が前記第１電極および前記第２電極に接触する第２部分とを含む。

本発明の好適な態様に係る液体噴射装置は、液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドを制御する制御部とを具備する液体噴射装置であって、前記液体噴射ヘッドは、液体を収容する圧力室と、前記圧力室の壁面を構成する振動板と、前記振動板に形成された圧電素子とを具備し、前記圧電素子は、第１電極と、前記第１電極からみて前記振動板とは反対側に形成された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された圧電体層と、前記圧電体層よりも誘電率が低い材料で形成された誘電体層とを具備し、前記第１電極と前記第２電極との間に前記圧電体層と前記誘電体層とが介在する第１部分と、前記圧電体層が前記第１電極および前記第２電極に接触する第２部分とを含む。

本発明の好適な態様に係る圧電デバイスは、振動板と、前記振動板に形成された圧電素子とを具備する圧電デバイスであって、前記圧電素子は、第１電極と、前記第１電極からみて前記振動板とは反対側に形成された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された圧電体層と、前記圧電体層よりも誘電率が低い材料で形成された誘電体層とを具備し、前記第１電極と前記第２電極との間に前記圧電体層と前記誘電体層とが介在する第１部分と、前記圧電体層が前記第１電極および前記第２電極に接触する第２部分とを含む。

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。 複数の圧電素子の平面図である。 図４におけるＶ-Ｖ線の断面図である。 図４におけるVI-VI線の断面図である。 図４におけるVII-VII線の断面図である。 第２実施形態における複数の圧電素子の平面図である。 図８におけるIX-IX線の断面図である。 第３実施形態における複数の圧電素子の平面図である。 図１０におけるXI-XI線の断面図である。 第４実施形態における液体噴射ヘッドの断面図である。 変形例における圧電素子の断面図である。 変形例における圧電素子の断面図である。

＜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、または、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。制御ユニット２０は、液体噴射ヘッドを制御する「制御部」の一例である。

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。

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方向における負側の面上には、圧力室基板３４と振動板３６と複数の圧電素子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方向における正側の面上には、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方向における正側の表面には、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方向における負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方向における正側の表面に吸振体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空間である。Ｘ方向の正側における圧力室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方向の負側における圧力室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）等の誘電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素子３８が設置される。各圧電素子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。複数の圧電素子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。圧電素子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、複数の圧電素子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素子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。圧電素子３８を駆動するための駆動信号が配線基板５０から各圧電素子３８に供給される。

振動板３６と圧電素子３８とは、駆動信号の供給により振動する圧電デバイスとして機能する。液体噴射ヘッド２６は、インクを収容する圧力室Ｃと、圧力室Ｃからインクを噴射させる圧電デバイスとを具備する。

各圧電素子３８の具体的な構成を以下に詳述する。図４は、複数の圧電素子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）も便宜的に実線で図示されている。また、図５は、図４におけるＶ-Ｖ線の断面図（圧電素子３８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、圧電素子３８は、概略的には、第１電極５１と圧電体層５２と第２電極５３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限定する趣旨ではない。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。第１電極５１は、圧電素子３８毎に相互に離間して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１電極５１が、相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。第１電極５１の材料または製法は任意である。例えば、各種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１電極５１を形成することが可能である。各圧電素子３８の第１電極５１には、当該圧電素子３８に対応するノズルＮからのインクの噴射を制御するための駆動信号が配線基板５０を介して印加される。

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、複数の圧電素子３８にわたり連続するようにＹ方向に延在する帯状の誘電膜である。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に例示される通り、圧電体層５２のうち相互に隣合う各圧力室Ｃの間隙に平面視で対応する領域には、Ｘ方向に長尺な切欠５２１（スリット）が形成される。以上の構成によれば、各圧電素子３８は圧力室Ｃ毎に個別に変形し、圧電素子３８の相互間における振動の伝播が抑制される。したがって、各ノズルＮによるインクの噴射特性（例えば噴射量，噴射方向または噴射速度）を高精度に制御することが可能である。

第２電極５３は、圧電体層５２の面上に形成される。具体的には、第２電極５３は、複数の圧電素子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２電極５３には所定の基準電圧が印加される。例えば、各種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１電極５１に印加される基準電圧と第２電極５３に供給される駆動信号との電圧差に応じて圧電体層５２が変形する。すなわち、第１電極５１と第２電極５３とが圧電体層５２を挟んで相互に対向する部分が圧電素子３８として機能する。圧力室Ｃ毎（またはノズルＮ毎）に圧電素子３８が個別に形成される。具体的には、Ｘ方向に長尺状に形成された複数の圧電素子３８が、相互に間隔をあけてＹ方向に配列する。各圧電素子３８のＹ方向の寸法（すなわち幅）は、圧力室ＣのＹ方向の寸法を下回る。

第２電極５３の面上には第１導電体５５と第２導電体５６とが形成される。第１導電体５５は、第２電極５３におけるＸ方向の負側の縁辺に沿ってＹ方向に延在する帯状の導電膜である。第２導電体５６は、第２電極５３におけるＸ方向の正側の縁辺に沿ってＹ方向に延在する帯状の導電膜である。第１導電体５５および第２導電体５６は、例えば金（Ａu）等の低抵抗な導電材料を利用して同層から形成される。第１導電体５５と第２導電体５６とを形成することで、第２電極５３における基準電圧の電圧降下が抑制される。また、第１導電体５５および第２導電体５６は、振動板３６および圧電素子３８の変形を抑制するための錘としても機能する。

各圧電素子３８は、第１部分Ｐ1と第２部分Ｐ2とに平面視で区分される。第１部分Ｐ1は、圧電素子３８のうちＸ方向（すなわち圧電素子３８の長手方向）における特定の区間である。第１実施形態の第１部分Ｐ1は、圧電素子３８の長手方向における中央部に位置する。具体的には、圧電素子３８のうち両端間の中点を含む所定長の区間が第１部分Ｐ1に相当する。第１部分Ｐ1のＸ方向の寸法は、例えば圧電素子３８の全長の１０％以下に設定される。第２部分Ｐ2は、圧電素子３８のうち第１部分Ｐ1に対してＸ方向に隣合う部分である。すなわち、圧電素子３８のうちＸ方向の中央部以外の区間が第２部分Ｐ2に相当する。

図６は、圧電素子３８のうち第１部分Ｐ1の断面図であり、図７は、圧電素子３８のうち第２部分Ｐ2の断面図である。図６は、図４におけるVI-VI線の断面図に相当し、図７は、図４におけるVII-VII線の断面図に相当する。

図４から図６に例示される通り、圧電素子３８の第１部分Ｐ1には低誘電体層６１が形成される。図４では低誘電体層６１に便宜的に網掛が付加されている。低誘電体層６１は、圧電体層５２と比較して誘電率が低い材料で形成された層状の部分である。低誘電体層６１は、例えば酸化チタン（ＴiＯ₂）、酸化ジルコニウム（ＺrＯ₂）または酸化アルミニウム（Ａl₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡlＮ）、窒化ケイ素（Ｓi₃Ｎ₄）、酸化タンタル（ＴaＯ_x）、酸化ハフニウム（ＨfＯ_x）等の金属酸化物または金属窒化物で形成される。例えば、以上に例示した金属酸化物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、低誘電体層６１を形成することが可能である。酸化アルミニウム（Ａl₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡlＮ）および酸化チタン（ＴiＯ₂）等はヤング率が大きく、かつ、熱伝導率が高い材料であるから、低誘電体層６１の材料として特に好適である。また、酸化ジルコニウム（ＺrＯ₂）、酸化タンタル（ＴaＯ_x）および酸化ハフニウム（ＨfＯ_x）等もヤング率が高いから、低誘電体層６１の材料としては好適である。

低誘電体層６１は、例えば圧電体層５２の材料よりもヤング率が高い誘電材料で形成される。以上の構成によれば、圧電体層５２の材料よりもヤング率が低い材料で低誘電体層６１が形成された構成と比較して、圧電素子３８および振動板３６の機械的な強度が補強される。したがって、振動板３６の過度な変形が抑制され、結果的に振動板３６のクラックの可能性を低減できるという利点がある。また、低誘電体層６１は、圧電体層５２の材料よりも熱伝導率が高い誘電材料で形成される。以上の構成によれば、圧電体層５２の材料よりも熱伝導率が低い材料で低誘電体層６１が形成された構成と比較して、圧電素子３８からの放熱が発生し易い。したがって、圧電素子３８の圧電特性が発熱に起因して変動する可能性を低減できる。なお、圧電体層５２の材料よりもヤング率および／または熱伝導率が低い材料で低誘電体層６１を形成してもよい。

図５および図６に例示される通り、低誘電体層６１は、第１部分Ｐ1における第１電極５１と第２電極５３との間に形成される。第１実施形態の低誘電体層６１は、圧電体層５２と第２電極５３との間に介在する。すなわち、低誘電体層６１は、圧電体層５２と第２電極５３とに接触する。以上の説明から理解される通り、第１部分Ｐ1においては、第１電極５１と圧電体層５２と低誘電体層６１と第２電極５３とが、振動板３６側から以上の順番で積層される。すなわち、圧電素子３８の第１部分Ｐ1においては、第１電極５１と第２電極５３との間に圧電体層５２と低誘電体層６１とが介在する。

他方、圧電素子３８の第２部分Ｐ2には、低誘電体層６１が形成されない。すなわち、第２部分Ｐ2は、第１電極５１と圧電体層５２と第２電極５３とが、振動板３６側から以上の順番で積層された部分である。したがって、圧電体層５２は、第１電極５１および第２電極５３に接触する。「要素Ａと要素Ｂとが接触する」という表現は、要素Ａと要素Ｂとが相互に密着する（すなわち両者間に他の要素が介在しない）ことを意味する。すなわち、圧電素子３８の第２部分Ｐ2においては、圧電体層５２と第２電極５３（または第１電極５１）との間に低誘電体層６１が介在しない。

第２部分Ｐ2の圧電体層５２は、第１電極５１と第２電極５３との間の電圧に応じて変形する。他方、圧電素子３８の第１部分Ｐ1においては、第１電極５１と第２電極５３との間に低誘電体層６１が介在する。すなわち、第１部分Ｐ1における第１電極５１と第２電極５２との間の距離は、第２部分Ｐ2における第１電極５１と第２電極５２との間の距離よりも大きい。以上の通り、第１部分Ｐ1の厚さは第２部分Ｐ2の厚さよりも大きいから、第１部分Ｐ1は第２部分Ｐ2と比較して変形し難い。また、第１部分Ｐ1の静電容量は第２部分Ｐ2の静電容量よりも小さいから、第１部分Ｐ1の圧電体層５２に対する電圧の印加は第２部分Ｐ2と比較して抑制される。以上の説明から理解される通り、第１部分Ｐ1においては、第２部分Ｐ2と比較して圧電体層５２の変形が抑制される。すなわち、振動板３６のうち第１部分Ｐ1の近傍では振動が抑制される。したがって、振動板３６のクラックを抑制することが可能である。なお、圧力室ＣにおけるＸ方向の中央の近傍では振動板３６に発生する応力が顕著となる。第１実施形態では、圧電素子３８におけるＸ方向の中央部に第１部分Ｐ1が形成されるから、振動板３６のクラックを抑制できる。

圧電素子３８の第１部分Ｐ1について圧電体層５２に電圧を印加しない構成としては、例えば第１部分Ｐ1において第２電極５３を部分的に除去する構成（以下「対比例」という）も想定される。しかし、対比例では、第２電極５３の部分的な除去で形成された開口内に圧電体層５２が露出する。したがって、圧電体層５２のうち開口内の部分の圧電特性が例えば水分等の付着により変化し易いという問題がある。対比例とは対照的に、第１実施形態では、圧電体層５２を第２電極５３で被覆する構成を維持しながら、第１電極５１と第２電極５３との間に低誘電体層６１を介在させることで、第１部分Ｐ1の圧電体層５２に対する電圧の印加を抑制する。以上の構成によれば、第２電極５３に開口を形成する必要はない。したがって、第２電極５３の開口から圧電体層５２が露出することに起因した圧電体層５２の圧電特性の変化を抑制することが可能である。すなわち、第１実施形態によれば、振動板３６のクラックの抑制と圧電特性の変化の抑制とを両立することが可能である。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の各例示において機能が第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８は、第２実施形態における複数の圧電素子３８の平面図であり、図９は、圧電素子３８の第１部分Ｐ1の断面図である。図９は、図８におけるIX-IX線の断面図に相当する。第１実施形態では、圧電素子３８毎に個別に低誘電体層６１を形成した。第２実施形態では、図８および図９に例示される通り、複数の圧電素子３８にわたり連続する低誘電体層６２が形成される。具体的には、低誘電体層６２は、複数の圧電素子３８にわたりＹ方向に延在する帯状に形成される。低誘電体層６２は、圧電素子３８の第１部分Ｐ1において圧電体層５２と第２電極５３との間に介在する。したがって、第１実施形態と同様に、第１部分Ｐ1の圧電体層５２には実質的に電圧が印加されない。すなわち、第１部分Ｐ1の圧電体層５２の変形は、第２部分Ｐ2と比較して抑制される。第２部分Ｐ2の構成は、第１実施形態と同様である。

図９に例示される通り、振動板３６は、第１領域Ｑ1と第２領域Ｑ2とを含む。第１領域Ｑ1は、圧電素子３８に平面視で重なる領域であり、第２領域Ｑ2は、平面視で圧電素子３８の外側に位置する領域である。第２領域Ｑ2は、第１領域Ｑ1を弾性的に支持する部分に相当する。図８および図９に例示される通り、第２実施形態の低誘電体層６２は、平面視で第１領域Ｑ1と第２領域Ｑ2との双方にわたり形成される。

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２実施形態では、低誘電体層６２が振動板３６の第１領域Ｑ1と第２領域Ｑ2とにわたり形成される。したがって、低誘電体層６１が圧電素子３８毎に個別に形成される第１実施形態と比較して、各圧電素子３８の第１部分Ｐ1の近傍において振動板３６の振動を効果的に抑制できるという利点がある。

＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態における複数の圧電素子３８の平面図であり、図１１は、圧電素子３８の第１部分Ｐ1の断面図である。図１１は、図１０におけるXI-XI線の断面図に相当する。第１実施形態では、圧電体層５２と第２電極５３との間に低誘電体層６１を介在させた。第３実施形態では、第１電極５１と圧電体層５２との間に低誘電体層６３が形成される。具体的には、第１部分Ｐ1内の第１電極５１に平面視で重なるように圧電素子３８毎に低誘電体層６３が形成され、第１電極５１および低誘電体層６３を被覆するように圧電体層５２が形成される。第２部分Ｐ2の構成は、第１実施形態と同様である。

第３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。なお、第３実施形態では、低誘電体層６３の面上に圧電体層５２が形成されるから、低誘電体層６３が圧電体層５２の結晶性（例えば結晶の規則性）に影響する可能性がある。第１実施形態および第２実施形態では、圧電体層５２の形成後に低誘電体層（６１，６２）が形成されるから、低誘電体層６１が圧電体層５２の結晶性に影響する可能性が低減される。したがって、結晶性が良好な圧電体層５２を形成するという観点からは、第１実施形態や第２実施形態の例示のように、圧電体層５２と第２電極５３との間に低誘電体層（６１，６２）を形成する構成が好適である。

＜第４実施形態＞
図１２は、第４実施形態に係る液体噴射ヘッド２６の断面図である。図１２に例示される通り、第４実施形態の液体噴射ヘッド２６は、前述の各形態で例示した構造を略面対称に配置した構成である。具体的には、液体噴射ヘッド２６は、第１部分Ｈ1と第２部分Ｈ2とを包含する。第１部分Ｈ1と第２部分Ｈ2とは、基準面Ｏを挟んで略面対称の関係にある。第１部分Ｈ1には第１列Ｌ1の複数のノズルＮが形成され、第２部分Ｈ2には第２列Ｌ2の複数のノズルＮが形成される。第１列Ｌ1と第２列Ｌ2とは、Ｘ方向に相互に間隔をあけて並設される。基準面Ｏは、第１列Ｌ1と第２列Ｌ2との間の中心線を通過し、Ｙ-Ｚ平面に平行な仮想的な平面である。

第１部分Ｈ1の液体貯留室Ｒに貯留されるインクは、第１部分Ｈ1において、中継流路３２８と供給流路３２４とを経由して複数の圧力室Ｃに充填され、振動板３６の振動により各圧力室Ｃから連通流路３２６を経由して第１列Ｌ1のノズルＮから噴射される。同様に、第２部分Ｈ2の液体貯留室Ｒに貯留されるインクは、第２部分Ｈ2において、中継流路３２８と供給流路３２４とを経由して複数の圧力室Ｃに充填され、振動板３６の振動により各圧力室Ｃから連通流路３２６を経由して第２列Ｌ2のノズルＮから噴射される。なお、第１部分Ｈ1および第２部分Ｈ2の各々の圧電素子３８に駆動信号を供給するための配線基板５０が実際には設置されるが、図１２では配線基板５０の図示が便宜的に省略されている。

図１２に例示される通り、流路基板３２におけるノズル板４６との対向面には、複数の第１循環路３３１と複数の第２循環路３３２と循環液室３３４とが形成される。第１循環路３３１は、第１列Ｌ1のノズルＮ毎に形成された流路である。第１列Ｌ1の各ノズルＮに対応する連通流路３２６は、第１循環路３３１を介して循環液室３３４に連通する。第２循環路３３２は、第２列Ｌ2のノズルＮ毎に形成された流路である。第２列Ｌ2の各ノズルＮに対応する連通流路３２６は、第２循環路３３２を介して循環液室３３４に連通する。なお、ノズル板４６における流路基板３２との対向面に第１循環路３３１および第２循環路３３２を形成してもよい。

循環液室３３４は、第１部分Ｈ1と第２部分Ｈ2とにわたる空間である。具体的には、循環液室３３４は、第１列Ｌ1および第２列Ｌ2の各々における複数のノズルＮにわたり連続するようにＹ方向に沿って長尺状に延在する。第１部分Ｈ1の液体貯留室Ｒに貯留されるインクのうち第１列Ｌ1の各ノズルＮから噴射されないインクは、第１循環路３３１を経由して循環液室３３４に供給される。同様に、第２部分Ｈ2の液体貯留室Ｒに貯留されるインクのうち第２列Ｌ2の各ノズルＮから噴射されないインクは、第２循環路３３２を経由して循環液室３３４に供給される。

図１２に図示される通り、第４実施形態の液体噴射装置１００は循環機構９０を具備する。循環機構９０は、液体噴射ヘッド２６から排出されるインクを当該液体噴射ヘッド２６に環流させる機構である。具体的には、循環機構９０は、排出流路９１と循環ポンプ９２と第１供給流路９３と第２供給流路９４とを具備する。

排出流路９１は、循環液室３３４内のインクを循環ポンプ９２に供給するための流路である。循環ポンプ９２は、排出流路９１から供給されるインクを第１供給流路９３および第２供給流路９４に送出する圧送機構である。循環ポンプ９２は、液体容器１４から供給されるインクも第１供給流路９３および第２供給流路９４に送出する。第１供給流路９３は、循環ポンプ９２から送出されたインクを第１部分Ｈ1の導入口４２４に供給する流路である。第２供給流路９４は、循環ポンプ９２から送出されたインクを第２部分Ｈ2の導入口４２４に供給する流路である。

第１部分Ｈ1の液体貯留室Ｒに貯留されるインクのうち第１列Ｌ1のノズルＮから噴射されないインクは、液体貯留室Ｒ→供給流路３２４→圧力室Ｃ→連通流路３２６→第１循環路３３１→循環液室３３４→排出流路９１、という経路で循環ポンプ９２に供給される。同様に、第２部分Ｈ2の液体貯留室Ｒに貯留されるインクのうち第２列Ｌ2のノズルＮから噴射されないインクは、液体貯留室Ｒ→供給流路３２４→圧力室Ｃ→連通流路３２６→第２循環路３３２→循環液室３３４→排出流路９１、という経路で循環ポンプ９２に供給される。そして、循環ポンプ９２から第１供給流路９３に送出されたインクは、当該第１供給流路９３と第１部分Ｈ1の導入口４２４とを介して液体貯留室Ｒに環流される。同様に、循環ポンプ９２から第２供給流路９４に送出されたインクは、当該第２供給流路９４と第２部分Ｈ2の導入口４２４とを介して液体貯留室Ｒに環流される。以上の説明の通り、第４実施形態の循環機構９０は、圧力室Ｃを経由して液体噴射ヘッド２６から排出されるインクを液体噴射ヘッド２６に環流させる。

第４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４実施形態では、液体噴射ヘッド２６から排出されるインクが当該液体噴射ヘッド２６に環流される。以上の構成によれば、インクを循環させない構成と比較して、液体噴射ヘッド２６の内部のインクの熱が外部に放散され易い。したがって、圧電素子３８の圧電特性が熱に起因して変動する可能性を低減することが可能である。第４実施形態では、圧電素子３８の近傍に位置する圧力室Ｃを経由したインクが環流されるから、圧電素子３８の圧電特性が熱に起因して変動する可能性を低減できるという効果は特に顕著である。

＜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）第１実施形態では、第１部分Ｐ1における圧電体層５２の全面にわたり低誘電体層６１を形成したが、図１３に例示される通り、第１部分Ｐ1における圧電体層５２の表面の一部に低誘電体層６１を形成してもよい。第３実施形態においても同様に、第１部分Ｐ1における第１電極５１の表面の一部に低誘電体層６１を形成してもよい。

（２）第１実施形態では、圧電体層５２と第２電極５３との間に低誘電体層６１を介在させ、第３実施形態では、圧電体層５２と第１電極５１との間に低誘電体層６３を介在させた。図１４に例示される通り、圧電体層５２と第２電極５３との間の低誘電体層６１と、圧電体層５２と第１電極５１との間の低誘電体層６３との双方を形成してもよい。

（３）前述の各形態では、第１電極５１が個別電極であり第２電極５３が共通電極である構成を例示したが、第１電極５１を、複数の圧電素子３８にわたり連続する共通電極とし、第２電極５３を圧電素子３８毎に個別の個別電極としてもよい。また、第１電極５１および第２電極５３の双方を個別電極としてもよい。

（４）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。

（５）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。

（６）振動板３６と圧電素子３８とを具備する圧電デバイスは、液体噴射ヘッド２６以外にも、超音波センサー、超音波トランスデューサーまたは超音波モーター等の他の装置にも適用することができる。

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、３３１…第１循環路、３３２…第２循環路、３３４…循環液室、３４……圧力室基板、３４２…除去部、３６……振動板、３８……圧電素子、３８A…第１圧電素子、３８B…第２圧電素子、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、６１，６２，６３…低誘電体層、９０…循環機構、９１…排出流路、９２…循環ポンプ、９３…第１供給流路、９４…第２供給流路、Ｃ…圧力室、Ｒ…液体貯留室。

Claims (11)

1. 液体を収容する圧力室と、
   前記圧力室の壁面を構成する振動板と、
   前記振動板に形成された圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドであって、
   前記圧電素子は、
   第１電極と、
   前記第１電極からみて前記振動板とは反対側に形成された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に形成された圧電体層と、
   前記圧電体層よりも誘電率が低い材料で形成された誘電体層とを具備し、
   前記第１電極と前記第２電極との間に前記圧電体層と前記誘電体層とが介在する第１部分と、前記圧電体層が前記第１電極および前記第２電極に接触する第２部分とを含む
   液体噴射ヘッド。
2. 前記第１部分における前記第１電極と前記第２電極との間の距離は、前記第２部分における前記第１電極と前記第２電極との間の距離よりも大きい
   請求項１の液体噴射ヘッド。
3. 前記圧電素子は、平面視で長尺状に形成され、
   前記第１部分は、前記圧電素子における長手方向の中央部に位置する
   請求項１または請求項２の液体噴射ヘッド。
4. 前記第１部分における前記誘電体層は、前記圧電体層と前記第２電極との間に介在する
   請求項１から請求項３の何れかの液体噴射ヘッド。
5. 前記第１部分における前記誘電体層は、前記圧電体層と前記第１電極との間に介在する
   請求項１から請求項４の何れかの液体噴射ヘッド。
6. 前記振動板は、
   前記圧電素子に平面視で重なる第１領域と、平面視で前記圧電素子の外側に位置する第２領域とを含み、
   前記誘電体層は、前記第１領域と前記第２領域とにわたり形成される
   請求項１から請求項５の何れかの液体噴射ヘッド。
7. 前記誘電体層は、前記圧電体層の材料よりもヤング率が高い材料で形成される
   請求項１から請求項６の何れかの液体噴射ヘッド。
8. 前記誘電体層は、前記圧電体層の材料よりも熱伝導率が高い材料で形成される
   請求項１から請求項７の何れかの液体噴射ヘッド。
9. 液体噴射ヘッドと、
   前記液体噴射ヘッドを制御する制御部と
   を具備する液体噴射装置であって、
   前記液体噴射ヘッドは、
   液体を収容する圧力室と、
   前記圧力室の壁面を構成する振動板と、
   前記振動板に形成された圧電素子とを具備し、
   前記圧電素子は、
   第１電極と、
   前記第１電極からみて前記振動板とは反対側に形成された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に形成された圧電体層と、
   前記圧電体層よりも誘電率が低い材料で形成された誘電体層とを具備し、
   前記第１電極と前記第２電極との間に前記圧電体層と前記誘電体層とが介在する第１部分と、前記圧電体層が前記第１電極および前記第２電極に接触する第２部分とを含む
   液体噴射装置。
10. 前記圧力室を経由して前記液体噴射ヘッドから排出される液体を当該液体噴射ヘッドに環流させる循環機構
    を具備する請求項９の液体噴射装置。
11. 振動板と、
    前記振動板に形成された圧電素子とを具備する圧電デバイスであって、
    前記圧電素子は、
    第１電極と、
    前記第１電極からみて前記振動板とは反対側に形成された第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極との間に形成された圧電体層と、
    前記圧電体層よりも誘電率が低い材料で形成された誘電体層とを具備し、
    前記第１電極と前記第２電極との間に前記圧電体層と前記誘電体層とが介在する第１部分と、前記圧電体層が前記第１電極および前記第２電極に接触する第２部分とを含む
    圧電デバイス。

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