JP2020104477A - 圧電デバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電デバイスにおいて流路構造体と封止体との接着不良を低減する。【解決手段】第１基板と、前記第１基板の面上において第１方向に沿って配列される複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する対向部を含む第２基板とを具備し、前記複数の圧電素子の各々は、第１電極と圧電体層と第２電極との積層を含み、前記第２電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成され、前記第２基板は、前記共通電極において前記第１方向に沿う周縁に重なるように前記第１方向に沿って配列され、前記対向部から前記第１基板側に突起する複数の突起部を含み、前記第１基板と前記複数の突起部の各々との間に接着層が介在する圧電デバイス。【選択図】図７

Description

本発明は、圧電デバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および液体噴射ヘッドの製造方法に関する。

圧電素子を利用して圧力室内の液体をノズルから噴射する技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、振動板の面上に形成された複数の圧電素子を封止板により封止した構造の液体噴射ヘッドが開示されている。各圧電素子は、第１電極と圧電体層と第２電極との積層で構成される。第２電極は、複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成される。封止板のうち振動板側に突起する仕切壁が共通電極の周縁に重なるように封止板が振動板に接着されることで、圧電素子の焼損の可能性が低減される。

特開２０１７−７４７９８号公報

特許文献１における封止板の仕切壁は全部の圧電素子にわたり連続する長尺状の部分である。したがって、仕切壁の表面に塗布された接着剤には、仕切壁が延在する方向に沿って塗布量のムラが発生する。したがって、封止板を振動板に接着する過程において接着剤に気泡が混入し易い。接着剤に気泡が混入すると、当該気泡の近傍において共通電極の周縁を仕切壁により充分に押圧できず、圧電素子の焼損の可能性を充分に低減できないという課題がある。また、気泡の混入に起因して接着剤の膜厚がばらつき、結果的に圧電素子の焼損の可能性もばらつくという課題もある。

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圧電デバイスは、第１基板と、前記第１基板の面上において第１方向に沿って配列される複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する対向部を含む第２基板とを具備し、前記複数の圧電素子の各々は、第１電極と圧電体層と第２電極との積層を含み、前記第２電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成され、前記第２基板は、前記共通電極において前記第１方向に沿う周縁に重なるように前記第１方向に沿って配列され、前記対向部から前記第１基板側に突起する複数の突起部を含み、前記第１基板と前記複数の突起部の各々との間に接着層が介在する。

本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された第１基板と、前記第１基板の面上において第１方向に沿って配列される複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する対向部を含む第２基板とを具備し、前記複数の圧電素子の各々は、第１電極と圧電体層と第２電極との積層を含み、前記第２電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成され、前記第２基板は、前記共通電極において前記第１方向に沿う周縁に重なるように前記第１方向に沿って配列され、前記対向部から前記第１基板側に突起する複数の突起部を含み、前記第１基板と前記複数の突起部の各々との間に接着層が介在する。

第１実施形態に係る液体噴射装置の構成を例示するブロック図である。 液体噴射装置の機能的な構成を例示するブロック図である。 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である。 圧電素子を拡大した平面図である。 図５におけるｂ−ｂ線の断面図である。 図６におけるｃ−ｃ線の断面図である。 封止体の上面図および底面図である。 図８におけるｄ−ｄ線の断面図である。 封止体を製造する方法の具体的な手順を例示する工程図である。 封止体を流路構造体に接合する手順の説明図である。 封止体を流路構造体に接合する手順の説明図である。 第２実施形態における突起部の近傍の断面図である。 第３実施形態における突起部の近傍の断面図である。 第４実施形態における突起部の近傍の断面図である。

＜第１実施形態＞
図１は、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、液体の一例であるインクを媒体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。制御ユニット２０は「制御部」の一例である。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方向に沿って往復させる。Ｘ方向は、媒体１２が搬送されるＹ方向に交差する。例えばＸ方向とＹ方向とは相互に直交する。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の表面に画像が形成される。

図２は、液体噴射装置１００の機能的な構成を例示するブロック図である。搬送機構２２および移動機構２４の図示は便宜的に省略した。図２に例示される通り、第１実施形態の制御ユニット２０は、駆動信号Ｄを液体噴射ヘッド２６に供給する。駆動信号Ｄは、所定の周期で電圧が変動する電圧信号である。

図２に例示される通り、第１実施形態の液体噴射ヘッド２６は、複数のノズルにそれぞれ対応する複数の圧電素子４０と、複数の圧電素子４０の各々を駆動する駆動回路７１とを具備する。駆動回路７１は、複数の圧電素子４０にそれぞれ対応する複数のスイッチＳＷを具備する。複数のスイッチＳＷの各々は、圧電素子４０に対する駆動信号Ｄの供給／停止を各種の制御信号に応じて切替えるトランスファーゲートで構成される。

図３は、液体噴射ヘッド２６の分解斜視図であり、図４は、図３おけるａ−ａ線の断面図である。図３に例示される通り、Ｘ-Ｙ平面に垂直なＺ軸を想定する。図４に図示された断面は、Ｘ-Ｚ平面に平行な断面である。Ｚ軸は、液体噴射ヘッド２６によるインクの噴射方向に相当する。

図３に例示される通り、液体噴射ヘッド２６は、Ｙ方向に沿って配列された複数のノズルＮを具備する。第１実施形態の複数のノズルＮは、Ｘ方向に相互に間隔をあけて並設された第１列Ｌaと第２列Ｌbとに区分される。第１列Ｌaおよび第２列Ｌbの各々は、Ｙ方向に沿って直線状に配列された複数のノズルＮの集合である。図４から理解される通り、第１実施形態の液体噴射ヘッド２６は、第１列Ｌaの各ノズルＮに関連する要素と第２列Ｌbの各ノズルＮに関連する要素とが、基準面Ｏを挟んで略面対称に配置された構造である。そこで、以下の説明では、第１列Ｌaに対応する要素を重点的に説明し、第２列Ｌbに対応する要素の説明は適宜に割愛する。基準面Ｏは、Ｙ-Ｚ平面に平行な平面である。

図３および図４に例示される通り、第１実施形態の液体噴射ヘッド２６は、流路構造体３０と複数の圧電素子４０と筐体部５０と封止体６０と配線基板７０とを具備する。流路構造体３０と複数の圧電素子４０と封止体６０との組合せは「圧電デバイス」に相当する。流路構造体３０は「第１基板」の一例である。

流路構造体３０は、複数のノズルＮの各々にインクを供給するための流路が内部に形成された構造体である。第１実施形態の流路構造体３０は、流路基板３１と圧力室基板３２と振動板３３とノズル板３４と吸振体３５とで構成される。流路構造体３０を構成する各部材は、Ｙ方向に長尺な板状部材である。流路基板３１におけるＺ方向の負側の表面に圧力室基板３２と筐体部５０とが設置される。他方、流路基板３１におけるＺ方向の正側の表面にノズル板３４および吸振体３５が設置される。流路構造体３０を構成する各部材は例えば接着剤により相互に固定される。

ノズル板３４は、第１列Ｌaおよび第２列Ｌbを構成する複数のノズルＮが形成された板状部材である。複数のノズルＮの各々は、インクを噴射する円形状の貫通孔である。例えばフォトリソグラフィおよびエッチング等の半導体製造技術を利用してシリコン（Ｓｉ）の単結晶基板を加工することで、ノズル板３４が製造される。ただし、ノズル板３４の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。

図３および図４に例示される通り、流路基板３１には、第１空間３１１と複数の供給流路３１２と複数の連通流路３１３と中継流路３１４とが形成される。第１空間３１１は、Ｚ方向からの平面視でＹ方向に沿う長尺状に形成された開口である。供給流路３１２および連通流路３１３は、ノズルＮ毎に形成された貫通孔である。中継流路３１４は、複数のノズルＮにわたりＹ方向に沿う長尺状に形成された空間であり、第１空間３１１と複数の供給流路３１２とを相互に連通させる。複数の連通流路３１３の各々は、当該連通流路３１３に対応する１個のノズルＮに平面視で重なる。

図３および図４に例示される通り、圧力室基板３２には複数の圧力室Ｃが形成される。圧力室Ｃは、ノズルＮ毎に形成され、平面視でＸ方向に沿う長尺状の空間である。複数の圧力室ＣはＹ方向に沿って配列する。流路基板３１および圧力室基板３２は、前述のノズル板３４と同様に、例えば半導体製造技術を利用してシリコンの単結晶基板を加工することで製造される。ただし、流路基板３１および圧力室基板３２の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。

図３に例示される通り、圧力室基板３２における流路基板３１とは反対側の表面には、弾性的に変形可能な振動板３３が設置される。振動板３３は、Ｚ方向からの平面視でＹ方向に長尺な矩形状に形成された板状部材である。図３および図４から理解される通り、圧力室Ｃは、流路基板３１と振動板３３との間に位置する空間である。すなわち、振動板３３は、各圧力室Ｃの壁面を構成する。図４に例示される通り、圧力室Ｃは、連通流路３１３および供給流路３１２に連通する。したがって、圧力室Ｃは、連通流路３１３を介してノズルＮに連通し、かつ、供給流路３１２と中継流路３１４とを介して液体貯留室Ｒに連通する。

図３の筐体部５０は、複数の圧力室Ｃに供給されるインクを貯留するためのケースであり、例えば樹脂材料の射出成形で形成される。筐体部５０には供給口５１と第２空間５２とが形成される。供給口５１は、液体容器１４からインクが供給される管路であり、第２空間５２に連通する。図４に例示される通り、流路基板３１の第１空間３１１と筐体部５０の第２空間５２とは相互に連通する。第１空間３１１と第２空間５２とで構成される空間は、複数の圧力室Ｃに供給されるインクを貯留する液体貯留室Ｒとして機能する。液体容器１４から供給されて供給口５１を通過したインクが液体貯留室Ｒに貯留される。液体貯留室Ｒに貯留されたインクは、中継流路３１４から各供給流路３１２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。吸振体３５は、液体貯留室Ｒの壁面を構成する可撓性のフィルムであり、液体貯留室Ｒ内のインクの圧力変動を吸収する。

図３および図４に例示される通り、振動板３３のうち圧力室Ｃとは反対側の表面Ｆ1には圧力室Ｃ毎に圧電素子４０が形成される。圧電素子４０は、平面視でＸ方向に沿う長尺状の受動素子である。複数の圧電素子４０がＹ方向に沿って配列される。Ｙ方向は「第１方向」の一例である。各圧電素子４０は、印加電圧に応じて変形することで圧力室Ｃの圧力を変化させる。圧電素子４０が圧力室Ｃ内の圧力を変化させることで、圧力室Ｃ内のインクがノズルＮから噴射される。

封止体６０は、複数の圧電素子４０を保護するとともに圧力室基板３２および振動板３３の機械的な強度を補強する構造体であり、振動板３３の表面Ｆ1に例えば接着剤で固定される。封止体６０は、例えば半導体製造技術を利用してシリコンの単結晶基板を加工することで製造される。封止体６０は「第２基板」の一例である。なお、封止体６０の具体的な構成については後述する。

振動板３３の表面Ｆ1には配線基板７０が接合される。配線基板７０は、制御ユニット２０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７０が好適に採用される。圧電素子４０を駆動するための駆動信号Ｄおよび所定の基準電圧Ｖbsが配線基板７０から各圧電素子４０に供給される。

図５は、圧電素子４０の近傍を拡大した平面図である。なお、図５においては、任意の１個の要素の奥側に位置する要素の輪郭も便宜的に実線で図示されている。また、図６は、図５におけるｂ−ｂ線の断面図であり、図７は、図６におけるｃ−ｃ線の断面図である。

図５から図７に例示される通り、圧電素子４０は、概略的には、第１電極４１と圧電体層４２と第２電極４３とを振動板３３側から以上の順番で積層した構造体である。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されない。すなわち、要素Ａと要素Ｂとが一部または全部において平面視で相互に重なるならば、要素Ａと要素Ｂとの間に他の要素Ｃが介在する構成でも、「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との一部または全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。Ｚ方向は、第１電極４１と圧電体層４２と第２電極４３とが積層される方向に相当する。

図５から図７に例示される通り、第１電極４１は、振動板３３の面上に形成される。第１電極４１は、圧電素子４０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方向に沿う長尺状の複数の第１電極４１が、相互に間隔をあけてＹ方向に沿って配列する。第１電極４１は、例えば白金（Ｐｔ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の導電材料で形成される。第１電極４１における基準面Ｏ側の端部に形成された接続端子（図示略）に駆動回路７１から駆動信号Ｄが供給される。

圧電体層４２は、振動板３３の面上に形成されて第１電極４１を被覆する。圧電体層４２は、複数の圧電素子４０にわたりＹ軸に沿って連続する帯状の誘電膜である。圧電体層４２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）等の公知の圧電材料で形成される。図５に例示される通り、圧電体層４２のうち相互に隣合う各圧力室Ｃの間隙に対応する領域には、Ｘ方向に沿う切欠４２１が形成される。切欠４２１は、圧電体層４２を貫通する開口である。以上の構成によれば、各圧電素子４０は圧力室Ｃ毎に個別に変形し、圧電素子４０の相互間における振動の伝播が抑制される。なお、圧電体層４２の厚さ方向の一部を除去した有底孔を切欠４２１として形成してもよい。

第２電極４３は、圧電体層４２を被覆する。第１実施形態の第２電極４３は、複数の圧電素子４０にわたり連続する共通電極４４で構成される。具体的には、共通電極４４は、Ｙ方向に沿って延在する帯状の電極である。第２電極４３には所定の基準電圧Ｖbsが印加される。第２電極４３は、例えばアルミニウム（Ａｌ），白金（Ｐｔ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の低抵抗な導電材料で形成される。

図５および図６に例示される通り、共通電極４４の面上には、第１導電層４６および第２導電層４７がＸ方向に所定の間隔をあけて形成される。第１導電層４６および第２導電層４７は、複数の圧電素子４０にわたりＹ方向に延在する帯状の電極である。第１導電層４６および第２導電層４７には基準電圧Ｖbsが印加される。第２電極４３に印加される基準電圧Ｖbsと第１電極４１に供給される駆動信号Ｄとの差分に相当する電圧が圧電体層４２に印加される。第１導電層４６および第２導電層４７は、共通電極４４よりも低抵抗な導電材料で形成され、当該共通電極４４における電圧降下を抑制する補助配線として機能する。例えば、第１導電層４６および第２導電層４７は、ニクロム（ＮｉＣｒ）で形成された導電膜の表面に金（Ａｕ）の導電膜を積層した構造の導電パターンである。

図５および図６に例示される通り、圧電体層４２における基準面Ｏ側の周縁Ｅ1は、共通電極４４における基準面Ｏ側の周縁Ｅ2よりも基準面Ｏ側に位置する。また、共通電極４４における基準面Ｏ側の周縁Ｅ2は、第１導電層４６における基準面Ｏ側の周縁Ｅ31よりも基準面Ｏ側に位置する。第１電極４１は、第２電極４３の周縁Ｅ2に平面視で交差するようにＸ方向に延在する。

圧電体層４２のうち共通電極４４の周縁Ｅ2からみてＸ方向の正側の部分は、第１電極４１と第２電極４３とに挟まれるから、第１電極４１と第２電極４３との間の電圧に応じて変形する。他方、圧電体層４２のうち周縁Ｅ2からみてＸ方向の負側の部分は、第１電極４１には重なるが第２電極４３には重ならないから殆ど変形しない。すなわち、圧電体層４２のうち共通電極４４の周縁Ｅ2の近傍は、変形する部分と変形しない部分との境界に相当する。したがって、圧電体層４２のうち周縁Ｅ2の近傍の部分には応力が集中し、長期間にわたる使用により破損する可能性がある。圧電体層４２が破損すると、例えば水分の付着により第１電極４１と第２電極４３とが相互に短絡する可能性がある。圧電体層４２の破損に起因して第１電極４１と第２電極４３とが相互に短絡する現象を以下では「焼損」と表記する。

図８には、封止体６０をＺ方向の負側からみた上面図と、封止体６０をＺ方向の正側からみた底面図とが併記されている。また、図９は、図８におけるｄ−ｄ線の断面図である。図８および図９に例示される通り、第１実施形態の封止体６０は、対向部６１と側壁部６２aと側壁部６２bとが一体に形成された構造体である。

対向部６１は、図４および図６に例示される通り、複数の圧電素子４０に間隔をあけて対向する平板状の部分である。対向部６１には挿入孔Ｈが形成される。挿入孔Ｈは、Ｙ方向に沿う長尺状の貫通孔である。図４に例示される通り、配線基板７０は、対向部６１の挿入孔Ｈを通過した状態で振動板３３の表面Ｆ1に実装される。

図８および図９に例示される通り、側壁部６２aおよび側壁部６２bは、対向部６１のうち振動板３３の表面Ｆ1に対向する表面Ｆ2からＺ方向の正側に突起する壁状の部分である。すなわち、側壁部６２aおよび側壁部６２bは、対向部６１の表面Ｆ2から流路構造体３０側に突起する。側壁部６２aは封止空間Ｑaを包囲する。封止空間Ｑaは、第１列Ｌaに対応する複数の圧電素子４０を収容する空間である。他方、側壁部６２bは封止空間Ｑbを包囲する。封止空間Ｑbは、第２列Ｌbに対応する複数の圧電素子４０を収容する空間である。封止空間Ｑaおよび封止空間Ｑbの各々は、複数の圧電素子４０の配列に沿うＹ方向に長尺な空間である。側壁部６２aおよび側壁部６２bの各々の表面が接着剤により流路構造体３０に接合される。

側壁部６２aは、壁部６５a1と壁部６５a2と壁部６５a3と複数の突起部６６aとを含む。壁部６５a1は、側壁部６２aのうちＹ方向に延在する部分であり、封止空間ＱaにおけるＸ方向の正側の壁面を構成する。壁部６５a1の両端部からＸ方向の負側に向けて壁部６５a2および壁部６５a3が延在する。複数の突起部６６aは、壁部６５a2の端部と壁部６５a3の端部との間においてＹ方向に相互に間隔をあけて配列する。複数の突起部６６aの各々は、対向部６１の表面Ｆ2から突起する角柱状の部分である。封止空間Ｑaと基準面Ｏとの間に複数の突起部６６aが配列する。

側壁部６２bの構成は、基準面Ｏを挟んで側壁部６２aとは面対称である。具体的には、側壁部６２bは、Ｙ方向に延在する壁部６５b1と、壁部６５ｂ2の両端部からＸ方向に延在する壁部６５b2および壁部６５b3と、壁部６５b2と壁部６５b3との間においてＹ方向に相互に間隔をあけて配列する複数の突起部６６bとを含む。封止空間Ｑbと基準面Ｏとの間に複数の突起部６６bが配列する。

図６に例示される通り、流路構造体３０に封止体６０が設置された状態では、流路構造体３０の表面Ｆ1に間隔をあけて対向部６１が対向する。側壁部６２aが包囲する封止空間Ｑaに、第１列Ｌaに対応する複数の圧電素子４０が収容され、側壁部６２bが包囲する封止空間Ｑbに、第２列Ｌbに対応する複数の圧電素子４０が収容される。図５から図７に例示される通り、複数の突起部６６aは、第１列Ｌaに対応する共通電極４４の周縁Ｅ2に平面視で重なる。すなわち、共通電極４４の周縁Ｅ2は、図６に例示される通り、平面視で各突起部６６aの外壁面Ｇ1と内壁面Ｇ2との間に位置する。具体的には、突起部６６aの外壁面Ｇ1は、平面視で圧電体層４２の周縁Ｅ1と共通電極４４の周縁Ｅ2との間に位置する。また、突起部６６aの内壁面Ｇ2は、平面視で第１導電層４６の周縁Ｅ31と周縁Ｅ32との間に位置する。以上の説明から理解される通り、複数の突起部６６aは、共通電極４４においてＹ方向に沿う周縁Ｅ2に重なるようにＹ方向に沿って配列される。第２列Ｌbに対応する複数の突起部６６bについても同様であり、第２列Ｌbに対応する共通電極４４においてＹ方向に沿う周縁Ｅ2に重なるようにＹ方向に沿って配列される。

図７に例示される通り、複数の突起部６６aは、複数の圧電素子４０の配列と同等の周期でＹ方向に沿って配列する。すなわち、複数の突起部６６aの各々は圧電素子４０毎に形成される。複数の突起部６６bの各々も圧電素子４０毎に形成される。図７に例示される通り、各突起部６６aの幅Ｗ1は、第１電極４１の幅Ｗ2よりも大きい。幅Ｗ1は、突起部６６aにおけるＹ方向の寸法であり、幅Ｗ2は、第１電極４１におけるＹ方向の寸法である。

複数の突起部６６aの高さは等しい。各突起部６６aの高さは、対向部６１の表面Ｆ2と突起部６６aの表面Ｆ3との距離に相当する。換言すると、相互に隣合う２個の突起部６６aの間にそれぞれ形成される複数の凹部６８の深さは等しい。第１実施形態では、相互に隣合う２個の突起部６６aの間にそれぞれ形成される複数の凹部６８の形状が同じである。

図６および図７に例示される通り、複数の突起部６６aの各々と流路構造体３０の表面Ｆ1との間には接着層Ｂが介在する。具体的には、接着層Ｂは、例えばエポキシ系等の接着剤により形成される。接着層ＢにおけるＺ方向の負側の表面は各突起部６６aの表面Ｆ3に接触する。他方、接着層ＢにおけるＺ方向の正側の表面は、圧電体層４２と第２電極４３と第１導電層４６とに接触する。同様に、複数の突起部６６bの各々と流路構造体３０の表面Ｆ1との間には接着層Ｂが介在する。

各突起部６６aおよび各突起部６６bにおいて流路構造体３０に対向する表面Ｆ3は、シリコンの単結晶基板（以下「シリコン基板」という）における｛１１０｝面である。また、各突起部６６aの側面は、シリコン基板における｛１１１｝面である。したがって、各突起部６６aの表面Ｆ3は対向部６１の表面Ｆ2に平行であり、各突起部６６aの側面は対向部６１の表面Ｆ2に対して垂直である。

以上に説明した通り、第１実施形態では、複数の突起部６６aが共通電極４４の周縁Ｅ2に平面視で重なり、各突起部６６aと流路構造体３０との間に接着層Ｂが介在する。すなわち、圧電体層４２のうち共通電極４４の周縁Ｅ2の近傍の部分が突起部６６aにより押圧される。以上の構成によれば、共通電極４４の周縁Ｅ2の近傍における圧電素子４０の変形が抑制され、圧電体層４２のうち周縁Ｅ2の近傍の部分に応力が集中することが抑制される。したがって、周縁Ｅ2の近傍に応力が集中することに起因して圧電素子４０が破損する可能性を低減することが可能である。

また、第１実施形態では、相互に隣合う２個の突起部６６aの間にそれぞれ形成される複数の凹部６８の深さは等しい。したがって、各突起部６６aの機械的な強度のばらつきを抑制できる。接着層Ｂを構成する接着剤が各凹部６８に進入する量のばらつきを抑制できるという利点もある。また、第１実施形態では、相互に隣合う２個の突起部６６aの間にそれぞれ形成される複数の凹部６８の形状が同じである。したがって、接着層Ｂを構成する接着剤が例えば毛管力により各凹部６８内に這上がる量のばらつきを抑制できる。さらに、第１実施形態では、複数の突起部６６aの高さが等しい。したがって、複数の突起部６６aを流路構造体３０に対して当接させた状態で均一に押圧できるという利点がある。

＜製造方法＞
以上に説明した封止体６０の製造および設置に着目して液体噴射ヘッド２６の製造方法を説明する。図１０は、封止体６０を製造する方法の具体的な手順を例示する工程図である。

図１０の工程Ｐa1では、平板状のシリコン基板８０における一方の表面に酸化膜８１が形成され、他方の表面に酸化膜８２が形成される。酸化膜８１および酸化膜８２は、シリコン基板８０の熱酸化により形成される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）の薄膜である。

図１０の工程Ｐa2では、酸化膜８１および酸化膜８２の各々における領域８１１内の部分が除去される。領域８１１は、封止体６０の挿入孔Ｈに対応する領域である。工程Ｐa2により、酸化膜８１および酸化膜８２における領域８１１の内側にはシリコンの表面が露出する。工程Ｐa2における酸化膜８１および酸化膜８２の選択的な除去は、例えば、
［Ｐa2-1］酸化膜８１および酸化膜８２の面上にレジストを形成する工程と、
［Ｐa2-2］例えばフッ酸（ＨＦ）を利用したウェットエッチングにより酸化膜８１および酸化膜８２を選択的に除去する工程と、
［Ｐa2-3］レジストを除去する工程と、を含む。

図１０の工程Ｐa3では、酸化膜８１のうち領域８１３aおよび領域８１３bの内側の部分について当該酸化膜８１の膜厚方向の一部を除去する。領域８１３aは、封止体６０の封止空間Ｑaに対応する領域であり、領域８１３bは、封止空間Ｑbに対応する領域である。工程Ｐa3における酸化膜８１の選択的な除去は、例えば、
［Ｐa3-1］酸化膜８１の面上にレジストを形成する工程と、
［Ｐa3-2］例えばフッ酸（ＨＦ）を利用したウェットエッチングにより酸化膜８１における膜厚方向の一部を選択的に除去する工程と、
［Ｐa3-3］レジストを除去する工程と、を含む。

図１０の工程Ｐa4では、シリコン基板８０のうち領域８１１の内側の部分を膜厚方向の全部にわたり除去することで挿入孔Ｈが形成される。工程Ｐa4では、酸化膜８１および酸化膜８２をマスクとして利用したウェットエッチングが好適に利用される。シリコン基板８０のウェットエッチングには、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、テトラメチルアンモニアハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、または水酸化セシウム（ＣｓＯ_４）等が利用される。なお、誘導結合型プラズマ方式（ＩＣＰ：Inductive Coupled Plasma）等のドライエッチングにより挿入孔Ｈを形成してもよい。

図１０の工程Ｐa5では、酸化膜８１および酸化膜８２のうち膜厚方向の一部が除去される。すなわち、酸化膜８１および酸化膜８２が薄くされる。工程Ｐa5では、例えばフッ酸（ＨＦ）を利用したウェットエッチングが好適に利用される。工程Ｐa5の結果、酸化膜８１のうち領域８１３aおよび領域８１３bの内側の部分が除去され、領域８１３aおよび領域８１３bの内側にシリコンの表面が露出する。

図１０の工程Ｐa6では、シリコン基板８０のうち領域８１３aおよび領域８１３bの内側の部分が膜厚方向の一部について除去される。工程Ｐa6により封止空間Ｑaおよび封止空間Ｑbが形成される。工程Ｐa6には、例えばウェットエッチングが好適に利用される。シリコン基板８０のウェットエッチングには、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、テトラメチルアンモニアハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、または水酸化セシウム（ＣｓＯ_４）等が利用される。なお、誘導結合型プラズマ方式等のドライエッチングにより封止空間Ｑaおよび封止空間Ｑbを形成してもよい。

図１０の工程Ｐa7では、酸化膜８１および酸化膜８２が除去される。工程Ｐa7には、例えばフッ酸（ＨＦ）を利用したウェットエッチングが好適に利用される。以上の工程により、側壁部６２aおよび側壁部６２bが対向部６１の表面Ｆ2に形成された封止体６０’が形成される。ただし、工程Ｐa7の直後の封止体６０’は、複数の突起部６６aの代わりに直線部分６７aが形成され、複数の突起部６６bの代わりに直線部分６７bが形成された形状である。直線部分６７aおよび直線部分６７bは、挿入孔Ｈに沿って直線状に延在する部分である。

図１０の工程Ｐa8では、直線部分６７aと直線部分６７bとを選択的に除去することで、複数の突起部６６aと複数の突起部６６bとが形成される。すなわち、直線部分６７aが複数の突起部６６aに分離され、直線部分６７bが複数の突起部６６bに分離される。以上の工程により、複数の突起部６６aと複数の突起部６６bとが対向部６１の表面Ｆ2に形成された封止体６０が製造される。

なお、工程Ｐa8における直線部分６７aおよび直線部分６７bの選択的な除去には、例えば、
［Ｐa8-1］突起部６６aと突起部６６bとに対応する領域にレジストを形成する工程と、
［Ｐa8-2］例えばウェットエッチングにより直線部分６７aおよび直線部分６７bを選択的に除去する工程と、
［Ｐa8-3］レジストを除去する工程と、を含む。工程Ｐa8-2におけるウェットエッチングには、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、テトラメチルアンモニアハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、ヒドラジン（Ｈ_２Ｈ_４）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、または水酸化セシウム（ＣｓＯ_４）等が利用される。

以上の工程により製造された封止体６０が流路構造体３０に接合される。図１１および図１２は、封止体６０を流路構造体３０に接合する工程の説明図である。なお、以下の説明では突起部６６aに便宜的に着目するが、突起部６６bについても同様の手順が並行に実行される。

図１１に例示される通り、接着剤８６が表面に均一な厚さに塗布された板状部材８５が用意される。板状部材８５は、例えばフィルムまたは平板材である。図１１に例示される工程Ｐb1では、封止体６０における突起部６６aの表面Ｆ3を板状部材８５の表面に接近または接触させることで板状部材８５の面上の接着剤８６が当該表面Ｆ3に転写される。すなわち、各突起部６６aの表面Ｆ3に接着剤８６が略均一な厚さに塗布される。

図１２の工程Ｐb2では、以上の工程Ｐb1により表面Ｆ3に接着剤８６が塗布された封止体６０を流路構造体３０に押圧することで当該封止体６０が流路構造体３０に接合される。具体的には、複数の突起部６６aが共通電極４４の周縁Ｅ2に平面視で重なる状態で封止体６０が流路構造体３０に押圧され、接着剤８６が硬化されることで封止体６０と流路構造体３０とが相互に接合される。

図１０の工程Ｐa7の直後の封止体６０’を流路構造体３０に接合した構成を第１実施形態との比較例として想定する。比較例では、複数の圧電素子４０にわたり連続する単体の直線部分６７aが封止体６０に形成され、当該直線部分６７aが共通電極４４の周縁Ｅ2に重なる状態で封止体６０が流路構造体３０に接合される。しかし、比較例の構成では、接着剤８６が塗布される面積が広いため、直線部分６７aの表面における接着剤８６の塗布量が面内で不均一となる場合がある。例えば、直線部分６７aの表面において接着剤８６の表面が波打った状態となる。以上の状態では、流路構造体３０に封止体６０を接合する工程において、接着剤８６のうち塗布量が不足する位置に気泡が混入し易い。接着剤８６に混入した気泡は、封止体６０の接着不良の原因となり得る。また、気泡の近傍では、共通電極４４の周縁Ｅ2が直線部分６７aにより充分に押圧されないから、圧電素子４０の焼損の可能性を充分に低減できないという問題がある。

以上に説明した比較例とは対照的に、第１実施形態では、複数の突起部６６aの各々における表面Ｆ3に接着剤８６が塗布される。以上の構成では、比較例と比較して、接着剤８６が塗布される表面の面積が削減されるから、接着剤８６の塗布量が均一化される。また、封止体６０を流路構造体３０に押圧する工程Ｐb2では、接着材８６に混入した気泡が各突起部６６aと流路構造体３０との間から周囲に移動し易い。したがって、接着剤８６の塗布量のバラツキまたは気泡の残留に起因した接着不良の可能性を低減することが可能である。また、第１実施形態では、複数の突起部６６aが相互に間隔をあけて形成されるから、余剰の接着剤８６が各突起部６６aの間隔内に流動する。したがって、流路構造体３０の広範囲に余剰の接着剤８６が付着する可能性を低減できるという利点もある。

＜第２実施形態＞
第２実施形態を説明する。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実施形態の説明で参照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１３は、第２実施形態における封止体６０の突起部６６aの構成を例示する断面図である。第１実施形態で参照した図７に対応する断面が図１３に図示されている。図１３に例示された各突起部６６aの表面Ｆ3は、シリコン基板８０における{１００}面である。また、各突起部６６aの側面は、シリコン基板８０における{１１１}面である。したがって、各突起部６６aの表面Ｆ3は対向部６１の表面Ｆ2に平行であり、各突起部６６aの側面は対向部６１の表面Ｆ2に対して傾斜する。突起部６６aの側面は表面Ｆ2に対して５４．７°の角度で傾斜する。具体的には、各突起部６６aは、表面Ｆ3に近い位置ほど幅Ｗ1が狭いテーパー形状である。複数の突起部６６aの高さが等しく、複数の凹部６８の深さが等しい構成、および、複数の凹部６８の形状が同じである構成は、第１実施形態と同様である。

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、各突起部６６aが、表面Ｆ3に近い位置ほど幅Ｗ1が狭いテーパー形状である。したがって、各突起部６６aの表面Ｆ3に近い位置においては、余剰の接着剤８６を収容する空間を各突起部６６aの間隔内に確保し易い。他方、各突起部６６aにおける対向部６１に近い位置においては、各突起部６６aの機械的な強度を確保し易いという利点がある。

＜第３実施形態＞
図１４は、第２実施形態における封止体６０の突起部６６aの構成を例示する断面図である。第１実施形態で参照した図７に対応する断面が図１４に図示されている。図１４に例示される通り、各突起部６６aの表面Ｆ3は対向部６１の表面Ｆ2に平行であり、各突起部６６aの側面は対向部６１の表面Ｆ2に対して傾斜する。具体的には、各突起部６６aは、表面Ｆ3に近い位置ほど幅Ｗ1が広い逆テーパー形状である。複数の突起部６６aの高さが等しく、複数の凹部６８の深さが等しい構成、および、複数の凹部６８の形状が同じである構成は、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。また、第３実施形態では、各突起部６６aが、表面Ｆ3に近い位置ほど幅Ｗ1が広い逆テーパー形状である。したがって、流路構造体３０との接着に利用される表面Ｆ3の面積を各突起部６６aにおいて確保し易いという利点がある。

＜第４実施形態＞
図１５は、第４実施形態における封止体６０の突起部６６aの構成を例示する断面図である。第１実施形態で参照した図７に対応する断面が図１５に図示されている。第１実施形態では、複数の圧電素子４０に対して１対１に突起部６６aを形成した。第４実施形態では、図１５に例示される通り、２個の圧電素子４０毎に１個の突起部６６aが形成される。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。

なお、１個の突起部６６aに対応する圧電素子４０の個数は任意であり、３個以上の圧電素子４０を単位として１個の突起部６６aを形成してもよい。すなわち、複数の突起部６６aの各々は１個以上の圧電素子４０毎に形成される。また、第１実施形態から第４実施形態では、封止体６０の突起部６６aをドライエッチングにより形成してもよい。ボッシュプロセスにおける保護膜プロセスを工夫することで、第１実施形態で例示した角柱状の突起部６６a、第２実施形態で例示したテーパー形状の突起部６６a、および第３実施形態で例示した逆テーパー形状の突起部６６a、等の任意の形状の突起部６６aを形成することが可能である。

＜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。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、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。

（２）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、液晶表示パネル等の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。また、生体に関する有機物の溶液を噴射する液体噴射装置は、例えばバイオチップを製造する製造装置として利用される。

（３）前述の各形態で例示した液体噴射ヘッド２６は圧電デバイスの一例である。液体噴射ヘッド２６以外の圧電デバイスとしては、例えば、
［ａ］スチルカメラまたはビデオカメラ等の撮像装置の手振れ等によるレンズの焦点ズレを補正するための補正用アクチュエーター、
［ｂ］超音波洗浄機、超音波診断装置、魚群探知機、超音波発振器または超音波モーター等の超音波デバイス、
［ｃ］赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、または、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等の各種のフィルター、
［ｄ］その他、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、強誘電体トランジスターまたは圧電トランス等の各種のデバイス、
が例示される。

また、センサーとして利用される圧電素子、または、強誘電体メモリーとして利用される圧電素子にも本発明は適用される。圧電素子が利用されるセンサーとしては、例えば、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー、または角速度センサー等が例示される。

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、２４２…搬送体、２４４…搬送ベルト、２６…液体噴射ヘッド、３０…流路構造体、３１…流路基板、３１１…第１空間、３１２…供給流路、３１３…連通流路、３１４…中継流路、３２…圧力室基板、３３…振動板、３４…ノズル板、３５…吸振体、４０…圧電素子、４１…第１電極、４２…圧電体層、４３…第２電極、４４…共通電極、４６…第１導電層、４７…第２導電層、５０…筐体部、５１…供給口、５２…第２空間、６０…封止体、６１…対向部、６２a，６２b…側壁部、６５a1，６５a2，６５a3，６５b1，６５b2，６５b3…壁部、６６a，６６b…突起部、６８…凹部、７０…配線基板、７１…駆動回路、Ｑa，Ｑb…封止空間、Ｒ…液体貯留室、Ｃ…圧力室、Ｎ…ノズル、Ｂ…接着層。

Claims (11)

1. 第１基板と、
   前記第１基板の面上において第１方向に沿って配列される複数の圧電素子と、
   前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する対向部を含む第２基板とを具備し、
   前記複数の圧電素子の各々は、第１電極と圧電体層と第２電極との積層を含み、
   前記第２電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成され、
   前記第２基板は、前記共通電極において前記第１方向に沿う周縁に重なるように前記第１方向に沿って配列され、前記対向部から前記第１基板側に突起する複数の突起部を含み、
   前記第１基板と前記複数の突起部の各々との間に接着層が介在する
   圧電デバイス。
2. 前記複数の突起部の各々は、前記複数の圧電素子のうち１個以上の圧電素子毎に形成される
   請求項１の圧電デバイス。
3. 前記複数の突起部の各々は、前記圧電素子毎に形成される
   請求項２の圧電デバイス。
4. 前記第２基板は、シリコン基板であり、
   前記複数の突起部の各々において前記第１基板に対向する表面は、前記シリコン基板の｛１１０｝面であり、
   前記複数の突起部の各々における側面は、前記シリコン基板の｛１１１｝面である
   請求項１から請求項３の何れかの圧電デバイス。
5. 前記第２基板は、シリコン基板であり、
   前記複数の突起部の各々における前記第１基板に対向する表面は、前記シリコン基板の｛１００｝面であり、
   前記複数の突起部の各々における側面は、前記表面に対して傾斜する、前記シリコン基板の｛１１１｝面である
   請求項１から請求項３の何れかの圧電デバイス。
6. 前記複数の突起部のうち相互に隣合う２個の突起部の間にそれぞれ形成される複数の凹部の深さは等しい
   請求項１から請求項５の何れかの圧電デバイス。
7. 前記複数の突起部のうち相互に隣合う２個の突起部の間にそれぞれ形成される複数の凹部の形状は同じである
   請求項１から請求項６の何れかの圧電デバイス。
8. 前記複数の突起部の高さは等しい
   請求項１から請求項７の何れかの圧電デバイス。
9. ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された第１基板と、
   前記第１基板の面上において第１方向に沿って配列される複数の圧電素子と、
   前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する対向部を含む第２基板とを具備し、
   前記複数の圧電素子の各々は、第１電極と圧電体層と第２電極との積層を含み、
   前記第２電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成され、
   前記第２基板は、前記共通電極において前記第１方向に沿う周縁に重なるように前記第１方向に沿って配列され、前記対向部から前記第１基板側に突起する複数の突起部を含み、
   前記第１基板と前記複数の突起部の各々との間に接着層が介在する
   液体噴射ヘッド。
10. 請求項９の液体噴射ヘッドと、
    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。
11. ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された第１基板と、
    前記第１基板の面上において第１方向に沿って配列される複数の圧電素子と、
    前記複数の圧電素子に間隔をあけて対向する対向部を含む第２基板とを具備し、
    前記複数の圧電素子の各々は、第１電極と圧電体層と第２電極との積層を含み、
    前記第２電極は、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極で構成される
    液体噴射ヘッドの製造方法であって、
    前記第２基板は、前記対向部から前記第１基板側に突起する複数の突起部を含み、
    前記複数の突起部の各々の表面に接着剤を塗布し、
    前記共通電極において前記第１方向に沿う周縁に前記複数の突起部が重なる状態で、前記第２基板を前記第１基板に押圧する
    液体噴射ヘッドの製造方法。

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