JP2020107624A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】液体噴射ヘッドに利用される圧電素子を構成する圧電体層が破損する可能性を低減する。【解決手段】液体が充填される圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、前記振動板を振動させる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電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する第１部分と前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に平面視で重ならない第２部分とを含む圧電体層と、を含み、前記第１部分における前記振動板とは反対側の第１面と、前記第２部分における前記振動板とは反対側の第２面とは、前記第１電極と前記圧電体層と前記第２電極との積層の方向における位置が異なり、前記第２部分の第２膜厚は、前記第１部分の第１膜厚よりも大きい液体噴射ヘッド。【選択図】図７
Description
本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電デバイスに関する。
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に開示される通り、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。
圧電素子は、第１電極と第２電極との間に位置する第１部分と、第１電極に重ならない第２部分とを含む。第１部分は第１電極と第２電極との間の電圧に応じて変形するのに対して第２部分は変形しない。したがって、第１部分と第２部分との境界の近傍には応力が集中し、長期間にわたる使用により当該部分が破損する可能性がある。
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、液体が充填される圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、前記振動板を振動させる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電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する第１部分と前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に平面視で重ならない第２部分とを含む圧電体層と、を含み、前記第１部分における前記振動板とは反対側の第１面と、前記第２部分における前記振動板とは反対側の第２面とは、前記第１電極と前記圧電体層と前記第２電極との積層の方向における位置が異なり、前記第２部分の第２膜厚は、前記第１部分の第１膜厚よりも大きい。
また、本発明の好適な態様に係る圧電デバイスは、振動板と、前記振動板を振動させる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電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する第１部分と前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に平面視で重ならない第２部分とを含む圧電体層と、を含み、前記第１部分における前記振動板とは反対側の第１面と、前記第２部分における前記振動板とは反対側の第２面とは、前記第１電極と前記圧電体層と前記第２電極との積層の方向における位置が異なり、前記第２部分の第２膜厚は、前記第１部分の第１膜厚よりも大きい。
＜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を例示する模式図である。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は、第１実施形態に係る液体噴射装置１００を例示する模式図である。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」の例示である。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軸に沿って搬送する。
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軸に沿って往復させる。Ｘ軸は、媒体１２が搬送されるＹ軸に交差する。例えばＸ軸とＹ軸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、液体噴射ヘッド２６の分解斜視図であり、図３は、図２におけるａ−ａ線の断面図である。図２に例示される通り、Ｘ-Ｙ平面に垂直なＺ軸を想定する。図３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沿う軸線である。図２に例示される通り、任意の地点からみてＺ軸に沿う一方側を「Ｚ1側」と表記し、反対側を「Ｚ2側」と表記する。同様に、任意の地点からみてＸ軸に沿う一方側を「Ｘ1側」と表記し、反対側を「Ｘ2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軸に沿って長い略矩形状の流路基板３２を具備する。流路基板３２におけるＺ1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。流路基板３２におけるＺ2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軸に沿って長い板状部材であり、例えば接着剤を利用して相互に接合される。振動板３６と圧電素子３８との組合せは「圧電デバイス」に相当する。なお、圧力室基板３４と振動板３６と圧電素子３８との組合せを「圧電デバイス」と表現してもよい。
図２に例示される通り、ノズル板４６は、Ｙ軸に沿って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軸の方向は、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、Ｚ軸の方向からの平面視において、Ｙ軸に沿って複数のノズルＮにわたり連続する貫通孔である。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Ｚ2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におけるＺ1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る。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。吸振体４８は、例えば弾性変形が可能な可撓性のシート部材を含む。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におけるＺ2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、複数のノズルＮにそれぞれ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軸に沿って相互に間隔をあけて配列する。各圧力室Ｃは、Ｘ軸に沿って長い開口である。圧力室ＣのＸ1側の端部は、平面視で１個の供給流路３２４に重なり、圧力室ＣのＸ2側の端部は、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に対向する表面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、弾性膜３６１と絶縁膜３６２との積層で構成される。絶縁膜３６２は、弾性膜３６１からみて圧力室基板３４とは反対側に位置する。弾性膜３６１は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成される。絶縁膜３６２は、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）で形成される。
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。振動板３６は、圧力室Ｃの壁面の一部を構成する。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。すなわち、液体貯留室Ｒは、複数の圧力室Ｃにインクを供給するための共通液室として機能する。
図２および図３に例示される通り、振動板３６における圧力室基板３４とは反対側の表面には、複数のノズルＮにそれぞれ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圧電アクチュエーターであり、Ｘ軸に沿う長い形状に形成される。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軸に沿って配列する。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。すなわち、圧電素子３８は、振動板３６を振動させることで圧力室Ｃ内のインクをノズルＮから噴射させる駆動素子である。
図２および図３の封止体４４は、複数の圧電素子３８を外気から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る。封止体４４は、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の表面には配線基板６０が接合される。配線基板６０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）またはＦＦＣ（Flexible Flat Cable）等の可撓性の配線基板６０が好適に採用される。
各圧電素子３８の具体的な構成を以下に詳述する。図４は、圧電素子３８の近傍を拡大した平面図である。なお、図４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５は、図４におけるｂ−ｂ線の断面図であり、図６は、図４におけるｃ−ｃ線の断面図である。
図４から図６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とを、振動板３６側から以上の順番でＺ軸の方向に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軸の方向は、第１電極５１と圧電体層５２と第２電極５３とが積層される方向に相当する。
図４から図６に例示される通り、第１電極５１は、振動板３６の面上に形成される。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軸に沿って長い複数の第１電極５１が、相互に間隔をあけてＹ軸の方向に配列する。第１電極５１は、例えば白金（Ｐｔ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の高耐熱で低抵抗な導電材料により形成される。第１電極５１のうちＸ2側の端部に形成された接続端子に配線基板６０を介して駆動信号が供給される。
圧電体層５２は、第１電極５１が形成された振動板３６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Ｙ軸に沿って連続する帯状の誘電膜である。圧電体層５２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等の圧電材料で形成される。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の間隙に対応する領域には、Ｘ軸に沿う切欠Ｓが形成される。切欠Ｓは、圧電体層５２を貫通する開口である。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。
図５および図６に例示される通り、圧電体層５２は、第１層５２１と第２層５２２との積層で構成される。第１層５２１および第２層５２２は、例えば共通の誘電材料で形成された誘電層である。第１層５２１は、第１電極５１を被覆する。具体的には、第１層５２１は、第１電極５１と同様の平面形状に形成され、当該第１電極５１の全域に平面視で重なる。第２層５２２は、第１層５２１の表面および側面を被覆する。
図７は、図６における範囲αを拡大した断面図である。図７に例示される通り、圧電体層５２の第２層５２２は、Ｘ軸に垂直な断面において、第１電極５１に平面視で重なる部分と第１電極５１に平面視で重ならない部分とを含む。以上の説明から理解される通り、圧電体層５２は、第１電極５１に平面視で重なる第１部分Ｑ1と、第１電極５１に平面視で重ならない第２部分Ｑ2とを包含する。第１部分Ｑ1に対してＹ方向の両側に第２部分Ｑ2が形成される。第１部分Ｑ1は、第１層５２１と第２層５２２との積層で構成され、第２部分Ｑ2は第２層５２２の単層で構成される。
図４から図６に例示される通り、第２電極５３は、圧電体層５２を被覆する。第１実施形態の第２電極５３は、複数の圧電素子３８にわたりＹ軸に沿って連続する帯状の共通電極である。第２電極５３には所定の定電圧が印加される。第２電極５３は、例えば白金（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７に例示される通り、第２電極５３は、圧電体層５２における振動板３６とは反対側の表面Ｆと、切欠Ｓの内壁面と、振動板３６の表面のうち切欠Ｓの内側に露出した領域とに接触する。
図７に例示される通り、第２電極５３の膜厚（以下「第４膜厚」という）Ｄ4は、第１電極５１の膜厚（以下「第３膜厚」という）Ｄ3よりも大きい。以上の構成によれば、第２電極５３により圧電体層５２を有効に保護することが可能である。すなわち、第２電極５３は、例えば圧電体層５２に対する外気または水分の付着を防止する保護層として機能する。
図６および図７から理解される通り、圧電体層５２の第１部分Ｑ1は、第１電極５１と第２電極５３との間に位置する。したがって、第１部分Ｑ1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能動部である。他方、圧電体層５２の第２部分Ｑ2は、第２電極５３には平面視で重なるが、第１電極５１には平面視で重ならない。したがって、第２部分Ｑ2は、第１部分Ｑ1と比較して変形が小さい非能動部である。実際には第２部分Ｑ2は殆ど変形しない。以上の構成では、圧電体層５２のうち第１部分Ｑ1と第２部分Ｑ2との境界の近傍に応力が集中する。
図７に例示される通り、圧電体層５２における振動板３６とは反対側の表面Ｆは、第１面Ｆ1と第２面Ｆ2とを含む。第１面Ｆ1は、第１部分Ｑ1における振動板３６とは反対側の表面である。第２面Ｆ2は、第２部分Ｑ2における振動板３６とは反対側の表面である。第２電極５３は、第１面Ｆ1および第２面Ｆ2を含む圧電体層５２の表面Ｆの全体を被覆する。
第１面Ｆ1と第２面Ｆ2とは、Ｚ方向における位置が相違する。具体的には、第２面Ｆ2は第１面Ｆ1よりも振動板３６に近い。すなわち、第２面Ｆ2は第１面Ｆ1に対して窪んだ位置にある。したがって、圧電体層５２の表面Ｆには、第１面Ｆ1と第２面Ｆ2との間の段差が形成される。第１面Ｆ1と第２面Ｆ2との間の段差は、第１電極５１の第３膜厚Ｄ3を反映した段差である。以上に説明した表面Ｆの段差は、例えば圧電材料のゾルを塗布してから加熱および乾燥させることで圧電体層５２を形成するゾル-ゲル法により簡便に形成される。圧電材料のゾルの粘度は、第１面Ｆ1と第２面Ｆ2との間に段差が形成されるように適切な数値に設定される。
図７の第１膜厚Ｄ1は、圧電体層５２のうち第１部分Ｑ1の膜厚である。具体的には、第１電極５１における振動板３６とは反対側の表面と圧電体層５２の第１面Ｆ1との距離が第１膜厚Ｄ1である。すなわち、第１膜厚Ｄ1は、圧電体層５２のうち第１層５２１の膜厚と、第２層５２２のうち第１層５２１に積層された部分の膜厚との合計である。
図７の第２膜厚Ｄ2は、圧電体層５２のうち第２部分Ｑ2の膜厚である。具体的には、振動板３６において圧電素子３８が形成される表面（以下「素子形成面」という）Ｆ0と圧電体層５２の第２面Ｆ2との距離が第２膜厚Ｄ2である。素子形成面Ｆ0は、振動板３６における圧力室Ｃとは反対側の表面であり、振動板３６の絶縁膜３６２と圧電体層５２の第２部分Ｑ2との界面とも表現される。
図７の第５膜厚Ｄ5は、圧電体層５２の第１部分Ｑ1の第１膜厚Ｄ1と第１電極５１の第３膜厚Ｄ3との合計である（Ｄ5＝Ｄ1＋Ｄ3）。第５膜厚Ｄ5は、振動板３６の素子形成面Ｆ0と圧電体層５２の第１面Ｆ1との距離に相当する。
図７に例示される通り、圧電体層５２の第２部分Ｑ2の第２膜厚Ｄ2は、第１部分Ｑ1の第１膜厚Ｄ1よりも大きい（Ｄ2＞Ｄ1）。また、第２部分Ｑ2の第２膜厚Ｄ2は、第１膜厚Ｄ1と第３膜厚Ｄ3との合計である第５膜厚Ｄ5よりも小さい（Ｄ2＜Ｄ1＋Ｄ3＝Ｄ5）。
前述の通り、第１部分Ｑ1と第２部分Ｑ2との境界の近傍には応力が集中する。第１実施形態では、第２部分Ｑ2の第２膜厚Ｄ2が第１部分Ｑ1の第１膜厚Ｄ1よりも大きい。したがって、第２膜厚Ｄ2が第１膜厚Ｄ1よりも小さい構成と比較して、第１部分Ｑ1の変形に起因して第２部分Ｑ2が破損する可能性を低減できる。
なお、第２部分Ｑ2の破損の可能性を低減する観点からは第２膜厚Ｄ2が充分に大きい構成が好適であるが、第２膜厚Ｄ2が過度に大きい構成では、圧電素子３８について適切な振動特性を実現できない可能性がある。第１実施形態では、第２部分Ｑ2の第２膜厚Ｄ2が、第１部分Ｑ1の第１膜厚Ｄ1と第１電極５１の第３膜厚Ｄ3との合計である第５膜厚Ｄ5よりも小さい範囲に制約されるから、圧電素子３８について好適な振動特性を実現することが可能である。
＜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。
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実施形態における圧電素子３８の断面図であり、図９は、図８の範囲αを拡大した断面図である。図８には、前掲の図６と同様に、Ｘ軸に垂直な断面が図示されている。図８および図９に例示される通り、第２実施形態の圧電体層５２は、第１部分Ｑ1と第２部分Ｑ2とを包含する。第１実施形態と同様に、第１部分Ｑ1は、圧電体層５２のうち第１電極５１と第２電極５３との間に位置する部分であり、第２部分Ｑ2は、第２電極５３に平面視で重なるが第１電極５１には平面視で重ならない部分である。
圧電体層５２における第２部分Ｑ2の第２膜厚Ｄ2が、第１部分Ｑ1の第１膜厚Ｄ1よりも大きい構成（Ｄ2＞Ｄ1）は第１実施形態と同様である。したがって、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、第２膜厚Ｄ2が第１膜厚Ｄ1よりも小さい構成と比較して、第１部分Ｑ1の変形に起因して第２部分Ｑ2が破損する可能性を低減できる。第２電極５３の第４膜厚Ｄ4が第１電極５１の第３膜厚Ｄ3よりも大きい構成も第１実施形態と同様である。
第１実施形態では、第２部分Ｑ2の第２面Ｆ2が第１部分Ｑ1の第１面Ｆ1よりも振動板３６に近い構成を例示した。第１実施形態とは対照的に、第２実施形態では、図８および図９に例示される通り、第１部分Ｑ1の第１面Ｆ1が第２部分Ｑ2の第２面Ｆ2よりも振動板３６に近い。すなわち、第１面Ｆ1は第２面Ｆ2に対して窪んだ位置にある。第１面Ｆ1は全体が平面視で第１電極５１に重なる。したがって、圧電体層５２の表面Ｆには、第１電極５１に対応する平面形状の窪みが形成される。すなわち、圧電体層５２の表面Ｆには、第１面Ｆ1と第２面Ｆ2との間の段差が形成される。以上に説明した表面Ｆの段差は、例えば圧電材料により所定の膜厚に形成された圧電体層のうち第１面Ｆ1に対応する領域を膜厚の方向における一部だけ除去することで形成される。圧電体層の選択的な除去には例えばウェットエッチングまたはドライエッチングが好適に採用される。
以上の説明から理解される通り、第２実施形態では、第１部分Ｑ1の第１膜厚Ｄ1と第１電極５１の第３膜厚Ｄ3との合計である第５膜厚Ｄ5が、第２膜厚Ｄ2よりも小さい（Ｄ5＝Ｄ1＋Ｄ3＜Ｄ2）。以上の構成によれば、第１実施形態と比較して第１部分Ｑ1の第１膜厚Ｄ1が低減される。したがって、第１部分Ｑ1の変形量を確保し易いという利点がある。なお、第１実施形態によれば、圧電体層のうち第１面Ｆ1に対応する領域を除去する必要がないから、第２実施形態と比較して圧電素子３８の製造工程が簡素化されるという利点がある。
＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態の圧電素子３８を拡大した断面図である。図１０には、図７および図９に対応する断面が図示されている。図１０に例示される通り、第３実施形態における振動板３６の素子形成面Ｆ0は、第３面Ｆ3と第４面Ｆ4とを包含する。第４面Ｆ4は第３面Ｆ3に対して窪んだ表面である。すなわち、第４面Ｆ4は第３面Ｆ3よりも圧力室Ｃ側に位置する。
図１０は、第３実施形態の圧電素子３８を拡大した断面図である。図１０には、図７および図９に対応する断面が図示されている。図１０に例示される通り、第３実施形態における振動板３６の素子形成面Ｆ0は、第３面Ｆ3と第４面Ｆ4とを包含する。第４面Ｆ4は第３面Ｆ3に対して窪んだ表面である。すなわち、第４面Ｆ4は第３面Ｆ3よりも圧力室Ｃ側に位置する。
具体的には、第１電極５１となる導電膜と圧電体層５２の第１層５２１となる圧電体層との積層を例えばエッチングにより選択的に除去する工程において、振動板３６の絶縁膜３６２のうち膜厚の方向の一部が除去されることで第４面Ｆ4が形成される。すなわち、第１電極５１および第１層５２１を形成する工程でのオーバーエッチングにより第３面Ｆ3と第４面Ｆ4との段差が形成される。したがって、第１電極５１および圧電体層５２の第１部分Ｑ1は、第３面Ｆ3の面上に形成される。他方、圧電体層５２の第２部分Ｑ2は、第４面Ｆ4の面上に形成される。
第３実施形態においても第１実施形態と同様に、圧電体層５２の第２部分Ｑ2の第２膜厚Ｄ2が第１部分Ｑ1の第１膜厚Ｄ1よりも大きい（Ｄ2＞Ｄ1）。また、第３実施形態では、第１部分Ｑ1が形成された第３面Ｆ3に対して窪んだ第４面Ｆ4に第２部分Ｑ2が形成される。したがって、段差のない平坦面である素子形成面Ｆ0に第１部分Ｑ1および第２部分Ｑ2を形成する第１実施形態の構成と比較して、第２部分Ｑ2の第２膜厚Ｄ2を確保し易いという利点がある。また、振動板３６に第４面Ｆ4を形成することで、圧電体層５２が素子形成面Ｆ0に密着し易いという利点もある。
なお、図１０においては、第２面Ｆ2が第１面Ｆ1よりも振動板３６に近い構成を例示したが、第２実施形態のように第１面Ｆ1が第２面Ｆ2よりも振動板３６に近い構成において、素子形成面Ｆ0が第３面Ｆ3と第４面Ｆ4とを含む第３実施形態の構成を採用してもよい。
＜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。
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、圧電素子３８の第１電極５１を個別電極として第２電極５３を共通電極としたが、第１電極５１を共通電極として第２電極５３を個別電極としてもよい。第２電極５３を個別電極とした構成では、圧電体層５２の第２部分Ｑ2は、第１電極５１に平面視で重なり、第２電極５３には平面視で重ならない。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。第１電極５１および第２電極５３の双方を個別電極とした構成では、圧電体層５２の第２部分Ｑ2は、第１電極５１および第２電極５３の何れにも平面視で重ならない。以上の説明から理解される通り、圧電体層５２の第２部分Ｑ2は、第１電極５１および第２電極５３の少なくとも一方に平面視で重ならない。
（２）前述の各形態では、圧電体層５２を第１層５２１と第２層５２２との積層で構成したが、圧電体層５２を単層で形成してもよい。また、圧電材料で形成された３層以上の積層で圧電体層５２を形成してもよい。
（３）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。
（４）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。
（５）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。
［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、２６…液体噴射ヘッド、３２……流路基板、３４……圧力室基板、３６……振動板、３６１…弾性膜、３６２…絶縁膜、３８……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、５１…第１電極、５２…圧電体層、５２１…第１層、５２２…第２層、５３…第２電極、６０……配線基板、Ｃ…圧力室、Ｒ…液体貯留室、Ｑ1…第１部分、Ｑ2…第２部分、Ｄ1…第１膜厚、Ｄ2…第２膜厚、Ｄ3…第３膜厚、Ｄ4…第４膜厚、Ｄ5…第５膜厚、Ｆ1…第１面、Ｆ2…第２面、Ｆ3…第３面、Ｆ4…第４面。
Claims (13)
- 液体が充填される圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、
前記振動板を振動させる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電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に位置する第１部分と前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に平面視で重ならない第２部分とを含む圧電体層と、を含み、
前記第１部分における前記振動板とは反対側の第１面と、前記第２部分における前記振動板とは反対側の第２面とは、前記第１電極と前記圧電体層と前記第２電極との積層の方向における位置が異なり、
前記第２部分の第２膜厚は、前記第１部分の第１膜厚よりも大きい
液体噴射ヘッド。 - 前記第２膜厚は、前記第１膜厚と前記第１電極の膜厚との合計よりも小さい
請求項１の液体噴射ヘッド。 - 前記第１膜厚と前記第１電極の膜厚との合計は、前記第２膜厚よりも小さい
請求項１の液体噴射ヘッド。 - 前記第１面の全部が平面視で前記第１電極に重なる
請求項３の液体噴射ヘッド。 - 前記振動板において前記圧電素子が形成される表面は、第３面と、前記第３面に対して窪んだ第４面とを含み、
前記第１電極および前記第１部分は前記第３面の面上に形成され、
前記第２部分は前記第４面の面上に形成される
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２電極の膜厚は、前記第１電極の膜厚よりも大きい
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。 - 振動板と、
前記振動板を振動させる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電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に位置する第１部分と前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に平面視で重ならない第２部分とを含む圧電体層と、を含み、
前記第１部分における前記振動板とは反対側の第１面と、前記第２部分における前記振動板とは反対側の第２面とは、前記第１電極と前記圧電体層と前記第２電極との積層の方向における位置が異なり、
前記第２部分の第２膜厚は、前記第１部分の第１膜厚よりも大きい
圧電デバイス。 - 前記第２膜厚は、前記第１膜厚と前記第１電極の膜厚との合計よりも小さい
請求項８の圧電デバイス。 - 前記第１膜厚と前記第１電極の膜厚との合計は、前記第２膜厚よりも小さい
請求項８の圧電デバイス。 - 前記第１面の全部が平面視で前記第１電極に重なる
請求項１０の圧電デバイス。 - 前記振動板において前記圧電素子が形成される表面は、第３面と、前記第３面に対して窪んだ第４面とを含み、
前記第１電極および前記第１部分は前記第３面の面上に形成され、
前記第２部分は前記第４面の面上に形成される
請求項８から請求項１１の何れかの圧電デバイス。 - 前記第２電極の膜厚は、前記第１電極の膜厚よりも大きい
請求項８から請求項１２の何れかの圧電デバイス。
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