JP2022069820A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置およびアクチュエーター - Google Patents

液体吐出ヘッド、液体吐出装置およびアクチュエーター Download PDF

Info

Publication number
JP2022069820A
JP2022069820A JP2020178709A JP2020178709A JP2022069820A JP 2022069820 A JP2022069820 A JP 2022069820A JP 2020178709 A JP2020178709 A JP 2020178709A JP 2020178709 A JP2020178709 A JP 2020178709A JP 2022069820 A JP2022069820 A JP 2022069820A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
boundary portion
region
electrode
layer
piezoelectric body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020178709A
Other languages
English (en)
Inventor
政貴 森
Masaki Mori
本規 ▲高▼部
Honki Takabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2020178709A priority Critical patent/JP2022069820A/ja
Priority to US17/452,078 priority patent/US20220126583A1/en
Publication of JP2022069820A publication Critical patent/JP2022069820A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/161—Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1623—Manufacturing processes bonding and adhesion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
    • B41J2/1646—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by sputtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14241—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14419—Manifold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/11—Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】圧電体のクラックを低減する。【解決手段】振動板と第１電極と圧電体と第２電極とがこの順に第１方向に積層された液体吐出ヘッドであって、第１電極と第２電極との間に介在する圧電体の領域を第１領域とし、第１領域以外の圧電体の領域を第２領域とし、第１領域と第２領域との境界の少なくとも一部を含む圧電体の部分を境界部分とし、境界部分とは異なり、かつ、第１領域に位置する圧電体の部分を非境界部分とするとき、境界部分の誘電率は、非境界部分の誘電率よりも小さい、液体吐出ヘッド。【選択図】図４

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置およびアクチュエーターに関する。
ピエゾ方式のインクジェットプリンター等の液体吐出装置は、圧電体を用いたアクチュエーターを有する。例えば、特許文献１に記載のアクチュエーターユニットは、振動板、下電極層、圧電体層および上電極層を有し、この順でこれらが積層される。
特開２０１６－５８４６７号公報
特許文献１に記載のアクチュエーターユニットでは、圧電体層が下電極層と上電極層との間に挟まれる部分とそうでない部分とを有する。これらの部分の境界では、一方の部分が下電極層と上電極層との間の電界に応じて変形するのに対し、他方の部分が当該電界によりほとんど変形しないため、応力が集中する。従来では、圧電体の特性が全域にわたり一定であるため、圧電体の特性を高めようとすると、当該応力により圧電体層にクラックが生じやすいという課題がある。
以上の課題を解決するために、本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様は、振動板と第１電極と圧電体と第２電極とがこの順に第１方向に積層された液体吐出ヘッドであって、前記第１電極と前記第２電極との間に介在する前記圧電体の領域を第１領域とし、前記第１領域以外の前記圧電体の領域を第２領域とし、前記第１領域と前記第２領域との境界の少なくとも一部を含む前記圧電体の部分を境界部分とし、前記境界部分とは異なり、かつ、前記第１領域に位置する前記圧電体の部分を非境界部分とするとき、前記境界部分の誘電率は、前記非境界部分の誘電率よりも小さい。
本発明に係る液体吐出ヘッドの他の一態様は、振動板と第１電極と圧電体と第２電極とがこの順に第１方向に積層された液体吐出ヘッドであって、前記圧電体は、鉛を含み、前記第１電極と前記第２電極との間に介在する前記圧電体の領域を第１領域とし、前記第１領域以外の前記圧電体の領域を第２領域とし、前記第１領域と前記第２領域との境界の少なくとも一部を含む前記圧電体の部分を境界部分とし、前記境界部分とは異なり、かつ、前記第１領域に位置する前記圧電体の部分を非境界部分とするとき、前記境界部分の鉛の含有率は、前記非境界部分の鉛の含有率よりも大きい。
本発明に係る液体吐出装置の一態様は、前述の態様の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドによる液体の吐出動作を制御する制御部と、を有する。
本発明に係るアクチュエーターの一態様は、振動板と第１電極と圧電体と第２電極とがこの順に第１方向に積層されたアクチュエーターであって、前記第１電極と前記第２電極との間に介在する前記圧電体の領域を第１領域とし、前記第１領域以外の前記圧電体の領域を第２領域とし、前記第１領域と前記第２領域との境界の少なくとも一部を含む前記圧電体の部分を境界部分とし、前記境界部分とは異なり、かつ、前記第１領域に位置する前記圧電体の部分を非境界部分とするとき、前記境界部分の誘電率は、前記非境界部分の誘電率よりも小さい。
本発明に係るアクチュエーターの他の一態様は、振動板と第１電極と圧電体と第２電極とがこの順に第１方向に積層されたアクチュエーターであって、前記圧電体は、鉛を含み、前記第１電極と前記第２電極との間に介在する前記圧電体の領域を第１領域とし、前記第１領域以外の前記圧電体の領域を第２領域とし、前記第１領域と前記第２領域との境界の少なくとも一部を含む前記圧電体の部分を境界部分とし、前記境界部分とは異なり、かつ、前記第１領域に位置する前記圧電体の部分を非境界部分とするとき、前記境界部分の鉛の含有率は、前記非境界部分の鉛の含有率よりも大きい。
第１実施形態に係る液体吐出装置を模式的に示す構成図である。 第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図２中のＡ－Ａ線断面図である。 第１実施形態に係るアクチュエーターを示す平面図である。 図４中のＡ－Ａ線断面図である。 図４中のＢ－Ｂ線断面図である。 図４中のＣ－Ｃ線断面図である。 図４中のＤ－Ｄ線断面図である。 境界部分および非境界部分について電界と歪み量との関係を示す図である。 第２実施形態に係るアクチュエーターの断面図である。 第３実施形態に係るアクチュエーターの断面図である。 第４実施形態に係るアクチュエーターの断面図である。 第５実施形態に係るアクチュエーターの断面図である。 第６実施形態に係るアクチュエーターの断面図である。 第７実施形態に係るアクチュエーターの断面図である。 第８実施形態に係るアクチュエーターを圧電体の非境界部分で切断した断面図である。 第８実施形態に係るアクチュエーターを圧電体の境界部分で切断した断面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法または縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、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、これらの形態に限られない。
なお、以下の説明は、互いに交差するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜に用いて行う。また、Ｘ軸に沿う一方向をＸ１方向といい、Ｘ１方向と反対の方向をＸ２方向という。同様に、Ｙ軸に沿って互いに反対の方向をＹ１方向およびＹ２方向という。また、Ｚ軸に沿って互いに反対の方向をＺ１方向およびＺ２方向という。Ｚ１方向は、「第１方向」の一例である。Ｚ２方向は、「第２方向」の一例である。また、Ｚ軸に沿う方向でみることを「平面視」という。
ここで、典型的には、Ｚ軸が鉛直な軸であり、Ｚ２方向が鉛直方向での下方向に相当する。ただし、Ｚ軸は、鉛直な軸でなくともよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、例えば、８０°以上１００°以下の範囲内の角度で交差すればよい。
１．第１実施形態
１－１．液体吐出装置の全体構成
図１は、第１実施形態に係る液体吐出装置１００を模式的に示す構成図である。液体吐出装置１００は、液体の一例であるインクを液滴として媒体１２に吐出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。なお、媒体１２は、印刷用紙に限定されず、例えば、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象でもよい。
図１に示すように、液体吐出装置１００には、インクを貯留する液体容器１４が装着される。液体容器１４の具体的な態様としては、例えば、液体吐出装置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、および、インクを補充可能なインクタンクが挙げられる。なお、液体容器１４に貯留されるインクの種類は任意である。
液体吐出装置１００は、制御ユニット２０と搬送機構２２と移動機構２４と液体吐出ヘッド２６とを有する。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、液体吐出装置１００の各要素の動作を制御する。ここで、制御ユニット２０は、「制御部」の一例であり、液体吐出ヘッド２６によるインクの吐出動作を制御する。
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Ｙ２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、液体吐出ヘッド２６をＸ１方向とＸ２方向とに往復させる。図１に示す例では、移動機構２４は、液体吐出ヘッド２６を収容するキャリッジと称される略箱型の搬送体２４２と、搬送体２４２が固定される搬送ベルト２４４と、を有する。なお、搬送体２４２に搭載される液体吐出ヘッド２６の数は、１個に限定されず、複数個でもよい。また、搬送体２４２には、液体吐出ヘッド２６のほかに、前述の液体容器１４が搭載されてもよい。
液体吐出ヘッド２６は、制御ユニット２０による制御のもとで、液体容器１４から供給されるインクを複数のノズルのそれぞれから媒体１２に向けてＺ２方向に吐出する。この吐出が搬送機構２２による媒体１２の搬送と移動機構２４による液体吐出ヘッド２６の往復移動とに並行して行われることにより、媒体１２の表面にインクによる画像が形成される。
以上のように、液体吐出装置１００は、液体吐出ヘッド２６と、液体吐出ヘッド２６によるインクの吐出動作を制御する「制御部」の一例である制御ユニット２０と、を有する。
１－２．液体吐出ヘッドの全体構成
図２は、第１実施形態に係る液体吐出ヘッド２６の分解斜視図である。図３は、図２のＡ－Ａ線の断面図である。図２および図３に示すように、液体吐出ヘッド２６は、流路基板３２と圧力室基板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とノズル板４６と吸振体４８と配線基板５０とを有する。なお、圧力室基板３４と振動板３６と複数の圧電素子３８とでアクチュエーター３０が構成される。
ここで、流路基板３２よりもＺ１方向に位置する領域には、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よりもＺ２方向に位置する領域には、ノズル板４６と吸振体４８とが設置される。液体吐出ヘッド２６の各要素は、概略的にはＹ方向に長尺な板状部材であり、例えば接着剤により互いに接合される。
図２に示すように、ノズル板４６は、Ｙ軸に沿う方向に配列される複数のノズルＮが設けられる板状部材である。各ノズルＮは、インクを通過させる貫通孔である。ノズル板４６は、例えば、ドライエッチングまたはウェットエッチング等の加工技術を用いる半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、ノズル板４６の製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。
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に示すように、流路基板３２には、開口部３２２と複数の供給流路３２４と複数の連通流路３２６と中継流路３２８とが設けられる。開口部３２２は、複数のノズルＮにわたり連続するように、Ｚ軸に沿う方向でみた平面視で、Ｙ軸に沿う方向に延びる長尺状の貫通孔である。他方、供給流路３２４および連通流路３２６それぞれは、ノズルＮごとに個別に設けられる貫通孔である。中継流路３２８は、図３に示すように、流路基板３２のＺ２方向を向く面に設けられる。中継流路３２８は、複数の供給流路３２４にわたり設けられ、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。流路基板３２は、前述のノズル板４６と同様に、例えば、半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、流路基板３２の製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。
圧力室基板３４は、複数のノズルＮに対応する複数の圧力室Ｃが形成される板状部材である。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内に充填されるインクに圧力を付与するためのキャビティと称される空間である。複数の圧力室Ｃは、Ｙ軸に沿う方向に配列される。各圧力室Ｃは、圧力室基板３４の両面に開口する孔３４１で構成されており、Ｘ軸に沿う方向に延びる長尺状をなす。各圧力室ＣのＸ２方向での端は、対応する供給流路３２４に連通する。一方、各圧力室ＣのＸ１方向での端は、対応する連通流路３２６に連通する。圧力室基板３４は、前述のノズル板４６と同様に、例えば、半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、圧力室基板３４のそれぞれの製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。
圧力室基板３４のＺ１方向を向く面には、振動板３６が配置される。振動板３６は、弾性的に変形可能な板状部材である。図２および図３に示す例では、振動板３６は、第１層３６１と第２層３６２とを有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。第１層３６１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成される弾性膜である。当該弾性膜は、例えば、シリコン単結晶基板の一方の面を熱酸化することにより形成される。第２層３６２は、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）で構成される絶縁膜である。当該絶縁膜は、例えば、スパッタ法によりジルコニウムの層を形成し、当該層を熱酸化することにより形成される。
なお、第１層３６１は、酸化シリコンに限定されず、例えば、シリコン単体等の他の弾性材料で構成されてもよい。第２層３６２の構成材料は、酸化ジルコニウムに限定されず、例えば、窒化シリコン等の他の絶縁材料でもよい。また、第１層３６１と第２層３６２との間には、金属酸化物等の他の層が介在してもよい。また、振動板３６の一部または全部は、圧力室基板３４と同一材料で一体に構成されてもよい。また、振動板３６は、単一材料の層で構成されてもよい。
振動板３６のＺ１方向を向く面には、互いに異なるノズルＮまたは圧力室Ｃに対応する複数の圧電素子３８が配置される。各圧電素子３８は、駆動信号の供給により変形する受動素子であり、Ｘ軸に沿う方向に延びる長尺状をなす。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軸に沿う方向に配列される。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により、インクがノズルＮから吐出される。なお、圧電素子３８の詳細については、後述の１－３．において説明する。
筐体部４２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、流路基板３２のＺ１方向を向く面に接着剤等により接合される。筐体部４２は、例えば、樹脂材料で構成されており、射出成形により製造される。筐体部４２には、収容部４２２と導入口４２４とが設けられる。収容部４２２は、流路基板３２の開口部３２２に対応する外形の凹部である。導入口４２４は、収容部４２２に連通する貫通孔である。開口部３２２および収容部４２２による空間は、インクを貯留するリザーバーである液体貯留室Ｒとして機能する。液体貯留室Ｒには、液体容器１４からのインクが導入口４２４を介して供給される。
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る。吸振体４８は、例えば、弾性変形可能な可撓性のシート部材であるコンプライアンス基板である。ここで、吸振体４８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Ｚ２方向を向く面に配置される。
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る。封止体４４は、振動板３６の表面に例えば接着剤により接合される。封止体４４には、複数の圧電素子３８を収容する凹部が設けられる。
圧力室基板３４または振動板３６のＺ１方向を向く面には、配線基板５０が接合される。配線基板５０は、制御ユニット２０と液体吐出ヘッド２６とを電気的に接続するための複数の配線が形成される実装部品である。配線基板５０は、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）またはＦＦＣ（Flexible Flat Cable）等の可撓性の配線基板である。配線基板５０には、圧電素子３８を駆動するための駆動信号が供給される。当該駆動信号は、配線基板５０を介して各圧電素子３８に供給される。
１－３．アクチュエーターの詳細
図４は、第１実施形態に係るアクチュエーター３０を示す平面図である。図５は、図４中のＡ－Ａ線断面図である。図６は、図４中のＢ－Ｂ線断面図である。図７は、図４中のＣ－Ｃ線断面図である。図８は、図４中のＤ－Ｃ線断面図である。これらの図では、アクチュエーター３０の構成が前述の図２および図３よりも詳細に示される。
図５に示すように、アクチュエーター３０は、圧力室基板３４、振動板３６および複数の圧電素子３８のほか、配線層５４と錘層５５と錘層５６とを有する。ここで、アクチュエーター３０では、前述のように圧力室基板３４、振動板３６および複数の圧電素子３８がこの順でＺ１方向に積層されており、配線層５４と錘層５５と錘層５６は、最もＺ１方向に位置する層であり、同一の成膜工程により得られる。
図４および図５に示すように、圧力室基板３４には、圧力室Ｃを構成する孔３４１が設けられる。図４では、孔３４１の平面視形状が破線で示される。圧力室基板３４は、例えば、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより形成される。当該異方性エッチングのエッチング液には、例えば、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）等が用いられる。また、当該異方性エッチングでは、振動板３６の第１層３６１がエッチング停止層として用いられる。
図４に示す例では、孔３４１の平面視形状が平行四辺形である。このような平面視形状の孔３４１は、例えば、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより形成される。なお、孔３４１の平面視形状は、図４に示す例に限定されず、任意である。
図４に示すように、圧電素子３８は、平面視で圧力室Ｃに重なる。図５に示すように、圧電素子３８は、第１電極３８１と圧電体３８２と第２電極３８３と鉛吸収層３８４とを有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。
なお、圧電素子３８の層間、または圧電素子３８と振動板３６との間には、密着性を高めるための層等の他の層が適宜介在してもよい。また、第１電極３８１と圧電体３８２との間には、シード層が設けられてもよい。当該シード層は、圧電体３８２を形成する際に、圧電体３８２の配向性を向上させる機能を有する。当該シード層は、例えば、チタン（Ｔｉ）で構成されるか、または、Ｐｂ（Ｆｅ，Ｔｉ）Ｏ３等のペロブスカイト構造を有する複合酸化物で構成される。当該シード層がチタンで構成される場合、圧電体３８２を形成する際に、島状のＴｉが結晶核となって圧電体３８２の配向性を向上させる。この場合、シード層は、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により３ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度の厚さで形成される。また、当該シード層が当該複合酸化物で構成される場合、圧電体３８２を形成する際に、圧電体３８２がシード層の結晶構造の影響を受けることにより、圧電体３８２の配向性が向上する。この場合、シード層は、例えば、ゾルゲル法またはＭＯＤ（metal organic decomposition）法により複合酸化物の前駆体層を形成し、その前駆体層を焼成して結晶化することにより形成される。
第１電極３８１は、圧電素子３８ごとに互いに離間して配置される個別電極である。具体的には、Ｘ軸に沿う方向に延びる複数の第１電極３８１が、互いに間隔をあけてＹ軸に沿う方向に配列される。各圧電素子３８の第１電極３８１には、当該圧電素子３８に対応するノズルＮからインクを吐出するための駆動信号が配線基板５０を介して印加される。
第１電極３８１は、図示しないが、例えば、チタン（Ｔｉ）で構成される第１層と、白金（Ｐｔ）で構成される第２層と、イリジウム（Ｉｒ）で構成される第３層と、を有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。第１電極３８１は、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により形成される。
ここで、前述の第１層は、振動板３６に対する第１電極３８１の密着性を向上させる密着層として機能する。第１層の厚さは、特に限定されないが、例えば、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度である。なお、第１層の構成材料は、チタンに限定されず、例えば、チタンに代えて、クロムを用いてもよい。
また、前述の第２層および第３層を構成する金属は、ともに導電性に優れた電極材料であり、かつ、互いに化学的性質が近い。このため、第１電極３８１の電極としての特性を優れたものとすることができる。第２層の厚さは、特に限定されないが、例えば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度である。第３層の厚さは、特に限定されないが、例えば、４ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度である。
なお、第１電極３８１の構成は、前述の例に限定されない。例えば、前述の第２層または第３層のいずれかが省略されてもよいし、前述の第１層と第２層との間に、イリジウムで構成された層がさらに設けられてもよい。また、第２層および第３層に代えて、または、第２層および第３層に加えて、イリジウムおよび白金以外の電極材料で構成された層が用いられてもよい。当該電極材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が挙げられ、これらのうち、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を積層または合金等の形態で組み合わせて用いてもよい。
以上の第１電極３８１は、圧電体３８２よりもＸ１方向の位置に引き出されており、第１電極３８１には、配線層５４が接続される。配線層５４は、第１電極３８１ごとに圧電素子３８からＸ１方向に延びる導電膜であり、第１電極３８１と配線基板５０とを接続する配線として機能する。図５に示す例では、配線層５４は、層５４１と層５４２とを有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。層５４１は、配線層５４と圧電素子３８との密着性を高めるための層であり、例えば、ニッケルクロム合金で構成される。層５４２は、配線層５４の導電性を高めるための層であり、例えば、金（Ａｕ）で構成される。
圧電体３８２は、第１電極３８１と第２電極３８３との間に配置される。圧電体３８２は、複数の圧電素子３８にわたり連続するようにＹ軸に沿う方向に延びる帯状をなす。図４に示す例では、圧電体３８２には、互いに隣り合う各圧力室Ｃの間隙に平面視で対応する領域に、圧電体３８２を貫通する貫通孔ＨＯがＸ軸に沿う方向に延びて設けられる。なお、圧電体３８２は、複数の圧電素子３８に個別に設けられてもよい。
圧電体３８２は、一般組成式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する圧電材料で構成される。本実施形態では、当該圧電材料が鉛を含む。具体的には、当該圧電材料としては、例えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等が挙げられる。中でも、圧電体３８２の構成材料には、チタン酸ジルコン酸鉛が好適に用いられる。なお、圧電体３８２には、不純物等の他の元素が少量含まれてもよい。
圧電体３８２は、例えば、ゾルゲル法またはＭＯＤ（metal organic decomposition）法等の液相法により圧電体の前駆体層を形成し、その前駆体層を焼成して結晶化することにより形成される。ここで、圧電体３８２は、単層で構成されてもよいが、複数層で構成される場合、圧電体３８２の厚さを厚くしても、圧電体３８２の特性を高めやすいという利点がある。
第２電極３８３は、複数の圧電素子３８にわたり連続するようにＹ軸に沿う方向に延びる帯状の共通電極である。第２電極３８３には、所定の基準電圧が印加される。
第２電極３８３は、第１層３８３ａと第２層３８３ｂとを有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。第１層３８３ａおよび第２層３８３ｂのそれぞれの厚さは、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内である。第１層３８３ａおよび第２層３８３ｂのそれぞれは、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により形成される。
第１層３８３ａおよび第２層３８３ｂの構成材料は、互いに異なる。第１層３８３ａおよび第２層３８３ｂのそれぞれの構成材料としては、特に限定されないが、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）等の金属、または、これらの金属を含む合金あるいは導電性の酸化物が挙げられる。ただし、第１層３８３ａおよび第２層３８３ｂのそれぞれの構成材料は、後述の鉛吸収層３８４の構成材料のような鉛を吸収する作用を有する材料を実質的に含まないことが好ましい。
以上の第２電極３８３上には、鉛吸収層３８４が配置される。鉛吸収層３８４は、平面視で後述の非境界部分ＰＡ２に重なる範囲にわたり配置され、圧電体３８２に含まれる過剰な鉛を吸収する作用を有する。鉛吸収層３８４は、例えば、チタンで構成される。鉛吸収層３８４は、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により形成される。鉛吸収層３８４の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内である。なお、鉛吸収層３８４は、鉛を吸収することができれば、チタン以外の金属等の材料が含まれてもよし、チタン以外の材料のみで構成されてもよい。
鉛吸収層３８４は、例えば、チタンで構成される場合、圧電体３８２の前駆体層を結晶化するためのアニール処理後のポストアニール処理により圧電体３８２から過剰な鉛を吸収する。当該吸収を好適に行う観点から、圧電体３８２の前駆体層を結晶化する際の処理温度をＴ１［°］とし、当該ポストアニール処理の処理温度をＴ２［°］とするとき、（Ｔ１－１０）＜Ｔ２＜（Ｔ１＋５０）の関係を満たすことが好ましい。ここで、鉛吸収層３８４の形成は、例えば、圧電体３８２の前駆体層を結晶化するためのアニール処理の後に第２電極３８３を形成した後に行われる。
以上の鉛吸収層３８４上には、錘層５５および錘層５６が配置される。図５に示す例では、鉛吸収層３８４の一部は、第２電極３８３上の一部にも配置される。錘層５５および錘層５６は、振動板３６の不要な振動を抑制するための錘である。具体的には、錘層５５は、第２電極３８３のＸ１方向での端縁に沿ってＹ軸に沿って延びる帯状の導電膜である。図５に示す例では、錘層５５は、層５４１と同一の成膜工程により得られる層５５１と、層５４２と同一の成膜工程より得られる層５５２と、を有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。錘層５６は、第２電極３８３のＸ２方向での端縁に沿ってＹ軸に沿って延びる帯状の導電膜である。図５に示す例では、錘層５５は、層５４１と同一の成膜工程により得られる層５５１と、層５４２と同一の成膜工程より得られる層５５２と、を有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。
以上の基本構成を有する圧電素子３８では、圧電体３８２が、第１電極３８１と第２電極３８３との間に介在する第１領域ＲＥ１と、第１領域ＲＥ１以外の第２領域ＲＥ２と、を有する。言い換えると、第１領域ＲＥ１は、Ｚ軸に沿った方向において、圧電体３８２が、第１電極３８１と第２電極３８３に挟まれる領域である。また、第２領域ＲＥ２は、Ｚ軸に沿った方向において、圧電体３８２が、第１電極３８１と第２電極３８３に挟まれない領域である。
ここで、第１電極３８１、圧電体３８２および第２電極３８３のそれぞれのＸ軸に沿う長さが圧力室ＣのＸ軸に沿う長さよりも長く、かつ、第１電極３８１、圧電体３８２および第２電極３８３のそれぞれのＸ１方向およびＸ２方向での端が平面視で圧力室Ｃの外側に位置する。
特に、第１電極３８１のＸ１方向での端は、前述の配線基板５０と接続する必要があることから、圧電体３８２のＸ１方向での端よりもＸ１方向に位置する。また、圧電体３８２のＸ１方向での端は、第１電極３８１と第２電極３８３との間の絶縁性を確保する必要があることから、第２電極３８３のＸ１方向での端よりもＸ１方向に位置する。さらに、第２電極３８３のＸ１方向での端は、圧力室ＣのＸ軸に沿う方向での全域にわたり圧電体３８２に電界を印加する必要があることから、圧力室ＣのＸ１方向での端よりもＸ１方向に位置する。これらのＸ１方向での端の位置関係から、第１領域ＲＥ１と第２領域ＲＥ２との境界ＢＤは、図７および図８に示すように、振動板３６を介した圧力室基板３４との接合により変形の拘束を受ける圧電体３８２の部分に位置する。
第１領域ＲＥ１では、図６および図７に示すように、第１電極３８１および第２電極３８３の両方が存在するので、第１電極３８１と第２電極３８３との間の電界が圧電体３８２に印加される。これに対し、第２領域ＲＥ２では、図８に示すように、第２電極３８３が存在しないので、当該電界が圧電体３８２に印加されない。このため、第１領域ＲＥ１と第２領域ＲＥ２との境界ＢＤでは、当該電界による圧電体３８２の変形が大きいと、応力集中によりクラックが生じやすい。
そこで、アクチュエーター３０では、圧電体３８２の境界ＢＤ付近の部分である境界部分ＰＡ１の当該電界による変形が他の部分である非境界部分ＰＡ２に比べて小さくなるよう、境界部分ＰＡ１の圧電特性が非境界部分ＰＡ２の圧電特性よりも低い。
ここで、境界部分ＰＡ１は、境界ＢＤの少なくとも一部を含む圧電体３８２の部分であればよいが、本実施形態では、図４中の二点鎖線で示すように、第１電極３８１ごとに分割された複数の部分ＰＡ１１で構成される。当該複数の部分ＰＡ１１のぞれぞれは、平面視で圧力室Ｃに重ならない。なお、境界部分ＰＡ１は、複数の部分ＰＡ１１を包含するように、第１電極３８１に共通した圧電体３８２の１つの部分で構成されてもよい。ただし、境界部分ＰＡ１は、平面視で圧力室Ｃに重ならないことが好ましい。
一方、非境界部分ＰＡ２は、境界部分ＰＡ１とは異なり、かつ、第１領域ＲＥ１に位置する圧電体３８２の部分であれよいが、図４に示す例では、圧力室Ｃの長手方向での全域にわたる範囲の圧電体３８２の部分である。
本実施形態では、鉛吸収層３８４により、非境界部分ＰＡ２よりも圧電特性の低い境界部分ＰＡ１が形成される。すなわち、鉛吸収層３８４は、Ｚ１方向にみて、非境界部分ＰＡ２に重なり、かつ、境界部分ＰＡ１に重ならない。このため、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率が非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きい。また、境界部分ＰＡ１の誘電率が非境界部分ＰＡ２の誘電率よりも小さい。この結果、境界部分ＰＡ１の圧電特性が非境界部分ＰＡ２の圧電特性よりも低い。
図９は、境界部分ＰＡ１および非境界部分ＰＡ２について電界と歪み量との関係を示す図である。同一の電界のもとでは、図９中に実線で示される境界部分ＰＡ１の歪み量は、図９中に一点鎖線で示される非境界部分ＰＡ２の歪み量よりも小さい。
以上のように、液体吐出ヘッド２６は、アクチュエーター３０を有する。アクチュエーター３０では、振動板３６と第１電極３８１と圧電体３８２と第２電極３８３とが、この順に、「第１方向」の一例であるＺ１方向に積層される。
特に、圧電体３８２の境界部分ＰＡ１の誘電率は、圧電体３８２の非境界部分ＰＡ２の誘電率よりも小さい。なお、前述のように、境界部分ＰＡ１は、圧電体３８２の第１領域ＲＥ１と第２領域ＲＥ２との境界ＢＤの少なくとも一部を含む圧電体３８２の部分である。第１領域ＲＥ１は、第１電極３８１と第２電極３８３との間に介在する圧電体３８２の領域である。第２領域ＲＥ２は、第１領域ＲＥ１以外の圧電体３８２の領域である。非境界部分ＰＡ２は、境界部分ＰＡ１とは異なり、かつ、第１領域ＲＥ１に位置する圧電体３８２の部分である。
以上のアクチュエーター３０または液体吐出ヘッド２６では、境界部分ＰＡ１の誘電率が非境界部分ＰＡ２の誘電率よりも小さいので、境界部分ＰＡ１の圧電特性を非境界部分ＰＡ２の圧電特性よりも低くすることができる。このため、境界部分ＰＡ１に電界が印加されても、境界部分ＰＡ１の変形が低減されるので、圧電体３８２の第１領域ＲＥ１と第２領域ＲＥ２との境界ＢＤにおける応力集中を低減することができる。この結果、圧電体３８２の変位を大きくしても、圧電体３８２の境界ＢＤでのクラックを低減することができる。
前述のように、本実施形態の圧電体３８２は、鉛を含む。そして、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率は、非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きい。このため、境界部分ＰＡ１の誘電率を非境界部分ＰＡ２の誘電率よりも小さくすることができる。
本実施形態のアクチュエーター３０は、前述のように、鉛吸収層３８４を有する。鉛吸収層３８４は、圧電体３８２よりもＺ１方向に配置され、鉛を吸収する作用を有する。また、鉛吸収層３８４は、Ｚ１方向にみて、非境界部分ＰＡ２に重なり、かつ、境界部分ＰＡ１に重ならない構成である。当該構成により、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率を非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きくすることができる。
なお、鉛吸収層３８４は、Ｚ１方向にみて境界部分ＰＡ１に重なる部分を有してもよい。この場合、当該部分の厚さは、鉛吸収層３８４のＺ１方向にみて非境界部分ＰＡ２に重なる部分の厚さよりも薄い。すなわち、この場合、鉛吸収層３８４は、Ｚ１方向にみて非境界部分ＰＡ２に重なる部分の厚さが、Ｚ１方向にみて境界部分ＰＡ１に重なる部分の厚さが大きい構成である。当該構成によっても、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率を非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きくすることができる。
本実施形態では、前述のように、圧電体３８２、第２電極３８３および鉛吸収層３８４がこの順でＺ１方向に積層される。すなわち、第２電極３８３は、圧電体３８２と鉛吸収層３８４との間に配置される。このため、鉛吸収層３８４が圧電体３８２と第２電極３８３との間に介在する構成に比べて、第１電極３８１と第２電極３８３との間の電界により圧電体３８２の逆圧電効果を効率的に生じさせることができる。
ここで、鉛吸収層３８４は、チタンを含むことが好ましい。鉛吸収層３８４がチタンを含むことにより、圧電体３８２が構成元素としてチタンを含むＰＺＴ等の圧電材料で構成される場合、圧電体３８２からの鉛を鉛吸収層３８４に効率的に吸収させることができる。
また、アクチュエーター３０は、前述のように、圧力室基板３４を有する。圧力室基板３４は、振動板３６よりも、「第１方向とは反対の第２方向」の一例であるＺ２方向に配置され、配列される複数の圧力室Ｃを区画する。そして、境界部分ＰＡ１および非境界部分ＰＡ２は、複数の圧力室Ｃの配列方向に対して交差する方向に互いに隣り合う。すなわち、境界部分ＰＡ１および非境界部分ＰＡ２は、各圧力室Ｃの長手方向であるＸ１方向またはＸ２方向に互いに隣り合う。
本実施形態では、前述のように、第１電極３８１は、複数の圧力室Ｃに対して個別に設けられる。これに対し、第２電極３８３は、複数の圧力室Ｃに対して共通に設けられる。ここで、Ｘ１方向およびＸ２方向のそれぞれにおいて、第１電極３８１および第２電極３８３のそれぞれの端が圧力室Ｃの外側に位置する。また、第１電極３８１のＸ１方向での端は、第２電極３８３のＸ１方向での端よりもＸ１方向に位置する。したがって、境界ＢＤが平面視で圧力室基板３４の圧力室Ｃのない部分に重なる。言い換えると、境界ＢＤが平面視で圧力室Ｃに重ならない。このため、境界ＢＤが平面視で圧力室Ｃに重なる構成に比べて、圧電体３８２の第１領域ＲＥ１と第２領域ＲＥ２との変形差を低減することができる。このような観点から、前述のように、境界部分ＰＡ１は、Ｘ１方向にみて圧力室Ｃに重ならない。
２．第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第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実施形態に係るアクチュエーター３０Ａの断面図である。アクチュエーター３０Ａは、圧電素子３８に代えて圧電素子３８Ａを有する以外は、前述の第１実施形態のアクチュエーター３０と同様である。圧電素子３８Ａは、第２層３８３ｂを省略した以外は、圧電素子３８と同様である。ここで、第１層３８３ａおよび鉛吸収層３８４は、第２電極３８３Ａを構成する。
以上の第２実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様、圧電体３８２のクラックを低減することができる。
３．第３実施形態
以下、本発明の第３実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第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１１は、第３実施形態に係るアクチュエーター３０Ｂの断面図である。アクチュエーター３０Ｂは、圧電素子３８に代えて圧電素子３８Ｂを有する以外は、前述の第１実施形態のアクチュエーター３０と同様である。圧電素子３８Ｂは、鉛吸収層３８４の配置が異なる以外は、圧電素子３８と同様である。ここで、鉛吸収層３８４は、第１層３８３ａと第２層３８３ｂとの間に配置される。このように鉛吸収層３８４を挟む第１層３８３ａおよび第２層３８３ｂは、第２電極３８３Ｂを構成する。
以上の第３実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様、圧電体３８２のクラックを低減することができる。本実施形態では、前述のように、第２電極３８３Ｂは、第１層３８３ａと第２層３８３ｂとを有し、第１層３８３ａおよび第２層３８３ｂがこの順でＺ１方向に積層される。そして、鉛吸収層３８４は、第１層３８３ａと第２層３８３ｂとの間に配置される。このため、第１層３８３ａが圧電体３８２と鉛吸収層３８４との間に配置されるので、前述の第１実施形態と同様、第１電極３８１と第２電極３８３Ｂとの間の圧電体３８２に電界を効率的に印加することができる。また、第２層３８３ｂを用いない第２実施形態に比べて、第２電極３８３Ｂの導電性を高めやすいので、この点でも、第１電極３８１と第２電極３８３Ｂとの間の圧電体３８２に電界を効率的に印加することができる。
４．第４実施形態
以下、本発明の第４実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第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１２は、第４実施形態に係るアクチュエーター３０Ｃの断面図である。アクチュエーター３０Ｃは、圧電素子３８に代えて圧電素子３８Ｃを有する以外は、前述の第１実施形態のアクチュエーター３０と同様である。圧電素子３８Ｃは、鉛吸収層３８４に代えて鉛拡散抑制層３８５を有する以外は、圧電素子３８と同様である。
鉛拡散抑制層３８５は、圧電体３８２と第２電極３８３との間に配置される。鉛拡散抑制層３８５は、平面視で境界部分ＰＡ１に重なる範囲にわたり配置され、圧電体３８２からの鉛の拡散を抑制する作用を有する。鉛拡散抑制層３８５は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２等の金属酸化物等が挙げられる。中でも、当該作用を好適に発揮し得るという観点から、鉛拡散抑制層３８５の構成材料としては、イリジウム、白金、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２等が好ましい。鉛拡散抑制層３８５は、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により形成される。鉛吸収層３８４の厚さは、特に限定されないが、例えば、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。
以上の第４実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様、圧電体３８２のクラックを低減することができる。本実施形態のアクチュエーター３０Ｃは、前述のように、鉛拡散抑制層３８５を有する。鉛拡散抑制層３８５は、圧電体３８２よりもＺ１方向に配置され、鉛の拡散を抑制する作用を有する。そして、鉛拡散抑制層３８５は、Ｚ１方向にみて、境界部分ＰＡ１に重なり、かつ、非境界部分ＰＡ２に重ならない構成である。当該構成により、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率を非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きくすることができる。
ここで、鉛拡散抑制層３８５は、イリジウム、白金、亜鉛およびハフニウムのうちのいずれか１つを含むことが好ましい。これらの金属またはその酸化物は、鉛を吸収し難い。このため、圧電体３８２からの鉛の拡散を好適に抑制することができる。
５．第５実施形態
以下、本発明の第５実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第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１３は、第５実施形態に係るアクチュエーター３０Ｄの断面図である。アクチュエーター３０Ｄは、圧電素子３８に代えて圧電素子３８Ｄを有する以外は、前述の第１実施形態のアクチュエーター３０と同様である。圧電素子３８Ｄは、第１層３８３ａおよび鉛拡散抑制層３８５を同一材料で一体化した以外は、第４実施形態の圧電素子３８Ｃと同様である。圧電素子３８Ｃは、圧電体３８２と第２層３８３ｂとの間に配置される鉛拡散抑制層３８５Ｄを有する。
鉛拡散抑制層３８５Ｄは、Ｚ１方向にみて境界部分ＰＡ１に重なる部分３８５ａの厚さが、Ｚ１方向にみて非境界部分ＰＡ２に重なる部分３８５ｂの厚さよりも大きい構成である。当該構成によっても、前述の第４実施形態と同様、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率を非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きくすることができる。
以上の第５実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様、圧電体３８２のクラックを低減することができる。
６．第６実施形態
以下、本発明の第６実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第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１４は、第６実施形態に係るアクチュエーター３０Ｅの断面図である。アクチュエーター３０Ｅは、圧電素子３８に代えて圧電素子３８Ｅを有する以外は、前述の第１実施形態のアクチュエーター３０と同様である。圧電素子３８Ｅは、圧電体３８２に代えて圧電体３８２Ｅを有する以外は、圧電素子３８と同様である。
圧電体３８２Ｅは、第１電極３８１と第２電極３８３との間に配置される。圧電体３８２Ｅは、層３８２ａと層３８２ｂとを有し、この順でこれらがＺ１方向に積層される。層３８２ａは、第１領域ＲＥ１および第２領域ＲＥ２の全域にわたり設けられる。これに対し、層３８２ｂは、境界部分ＰＡ１にのみ設けられる。このため、境界部分ＰＡ１の厚さｔｐ１が非境界部分ＰＡ２の厚さｔｐ２よりも大きい。
層３８２ａおよび層３８２ｂのそれぞれは、前述の第１実施形態の圧電体３８２と同様の圧電材料で構成される。これらの層は、別々の成膜工程により形成される。ここで、層３８２ｂの鉛の含有率は、層３８２ａの鉛の含有率よりも大きい。このため、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率を非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きくすることができる。
以上の第６実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様、圧電体３８２Ｅのクラックを低減することができる。本実施形態では、境界部分ＰＡ１の厚さｔｐ１は、非境界部分ＰＡ２の厚さｔｐ２よりも大きい。このため、圧電体３８２Ｅをアニール処理した際に、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率を非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きくすることができる。また、本実施形態では、圧電体３８２Ｅが層３８２ａおよび層３８２ｂの積層で構成される。層３８２ａが境界部分ＰＡ１および非境界部分ＰＡ２の双方にわたり設けられるのに対し、層３８２ｂが非境界部分ＰＡ２に設けられずに境界部分ＰＡ１に設けられる。これらの層が別々の成膜工程により形成されるので、層３８２ｂの鉛の含有率を層３８２ａの鉛の含有率よりも大きくすることができる。このため、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率を非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きくすることができる。また、層３８２ｂが前述の第４実施形態の鉛拡散抑制層３８５と同様に層３８２ａからの鉛の拡散を抑制する作用を有する。このため、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率を非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きくしやすいという利点がある。
なお、本実施形態では、圧電体３８２Ｅが鉛を含まなくてもよく、例えば、圧電体３８２Ｅがチタン酸バリウム等の非鉛材料で構成されてもよい。
７．第７実施形態
以下、本発明の第７実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第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１５は、第７実施形態に係るアクチュエーター３０Ｆの断面図である。アクチュエーター３０Ｆは、圧電素子３８に代えて圧電素子３８Ｆを有する以外は、前述の第１実施形態のアクチュエーター３０と同様である。圧電素子３８Ｆは、圧電体３８２に代えて圧電体３８２Ｆを有する以外は、圧電素子３８と同様である。
圧電体３８２Ｆは、第１電極３８１と第２電極３８３との間に配置される。圧電体３８２Ｆは、層３８２ｃと層３８２ｄとを有し、この順でこれらがＺ１方向に積層される。層３８２ｃおよび３８２ｄのそれぞれは、第１領域ＲＥ１および第２領域ＲＥ２の全域にわたり設けられる。ただし、層３８２ｃのＺ１方向を向く面には、平面視で境界部分ＰＡ１に重なる範囲にわたり凹部が設けられる。層３８２ｄは、当該凹部を埋めるように、層３８２ｃ上に設けられる。このため、層３８２ｄは、境界部分ＰＡ１に対応する層３８２ｄの部分の厚さが、非境界部分ＰＡ２に対応する層３８２ｄの部分の厚さよりも大きい。
層３８２ｃおよび層３８２ｄのそれぞれは、前述の第１実施形態の圧電体３８２と同様の圧電材料で構成される。これらの層は、別々の成膜工程により形成される。ここで、層３８２ｄの鉛の含有率は、層３８２ｃの鉛の含有率よりも大きい。このため、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率を非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きくすることができる。
以上の第７実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様、圧電体３８２Ｆのクラックを低減することができる。
８．第８実施形態
以下、本発明の第８実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第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１６は、第８実施形態に係るアクチュエーター３０Ｇを圧電体３８２の非境界部分ＰＡ２で切断した断面図である。図１７は、第８実施形態に係るアクチュエーター３０Ｇを圧電体３８２の境界部分ＰＡ１で切断した断面図である。アクチュエーター３０Ｇは、圧電素子３８に代えて圧電素子３８Ｇを有する以外は、前述の第１実施形態のアクチュエーター３０と同様である。圧電素子３８Ｇは、第１電極３８１および第２電極３８３に代えて第１電極３８１Ｇおよび第２電極３８３Ｇを有する以外は、圧電素子３８と同様である。
図１６および図１７に示すように、第１電極３８１Ｇは、複数の圧電素子３８Ｇにわたり連続するようにＹ軸に沿う方向に延びる帯状の共通電極である。一方、第２電極３８３Ｇは、圧電素子３８Ｇごとに互いに離間して配置される個別電極である。ここで、前述の第１実施形態と同様、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率が非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きい。また、境界部分ＰＡ１の誘電率が非境界部分ＰＡ２の誘電率よりも小さい。
以上の第８実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様、圧電体３８２のクラックを低減することができる。本実施形態では、第１電極３８１Ｇは、複数の圧力室Ｃに対して共通に設けられる。これに対し、第２電極３８３Ｇは、複数の圧力室Ｃに対して個別に設けられる。
９．変形例
以上の例示における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る２以上の態様は、互いに矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
９－１．変形例１
前述の各形態では、第２領域ＲＥ２が第１領域ＲＥ１よりもＸ１方向に位置する構成が例示されるが、当該構成に限定されず、第２領域ＲＥ２が第１領域ＲＥ１よりもＸ２方向に位置してもよい。この場合、境界部分ＰＡ１が非境界部分ＰＡ２よりもＸ２方向に位置する。
９－２．変形例２
前述の形態では、アクチュエーターが液体吐出ヘッドに搭載される構成が例示されるが、アクチュエーターを搭載する機器等は、液体吐出ヘッドに限定されず、例えば、圧電アクチュエーター等の他の駆動デバイスでもよい。
９－３．変形例３
前述の形態では、個別電極と共通電極との間に圧電体が介在する構成が例示されるが、これに限定されず、個別電極と個別電極との間に圧電体が介在する構成でもよい。
９－４．変形例４
前述の各形態では、液体吐出ヘッド２６を搭載する搬送体２４２を往復させるシリアル方式の液体吐出装置１００を例示するが、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吐出装置にも本発明を適用することが可能である。
９－５．変形例５
前述の各形態では、圧電体が鉛を含み、境界部分ＰＡ１の鉛の含有率が非境界部分ＰＡ２の鉛の含有率よりも大きい構成が例示されるが、これに限定されない。鉛の含有率がこの関係を満たさなくても、境界部分ＰＡ１の誘電率が非境界部分ＰＡ２の誘電率よりも小さい構成であればよい。
９－６．変形例６
前述の各形態では、圧電体が鉛を含む構成が例示されるが、これに限定されず、圧電体が鉛を含まない構成でも良い。例えば、圧電体３８２Ｅがチタン酸バリウム等の非鉛材料で構成されてもよい。この場合であっても、境界部分ＰＡ１の誘電率が非境界部分ＰＡ２の誘電率よりも小さい構成であればよい。
９－７．変形例７
前述の各形態で例示する液体吐出装置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、本発明の液体吐出装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、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、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、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。
２０…制御ユニット（制御部）、３０…アクチュエーター、３０Ａ…アクチュエーター、３０Ｂ…アクチュエーター、３０Ｃ…アクチュエーター、３０Ｄ…アクチュエーター、３０Ｅ…アクチュエーター、３０Ｆ…アクチュエーター、３０Ｇ…アクチュエーター、３４…圧力室基板、３６…振動板、３８…圧電素子、３８Ａ…圧電素子、３８Ｂ…圧電素子、３８Ｃ…圧電素子、３８Ｄ…圧電素子、３８Ｅ…圧電素子、３８Ｆ…圧電素子、３８Ｇ…圧電素子、１００…液体吐出装置、３８１…第１電極、３８１Ｇ…第１電極、３８２…圧電体、３８２Ｅ…圧電体、３８２Ｆ…圧電体、３８３…第２電極、３８３Ａ…第２電極、３８３Ｂ…第２電極、３８３Ｇ…第２電極、３８３ａ…第１層、３８３ｂ…第２層、３８４…鉛吸収層、３８５…鉛拡散抑制層、３８５Ｄ…鉛拡散抑制層、３８５ａ…部分、３８５ｂ…部分、ＢＤ…境界、Ｃ…圧力室、ＰＡ１…境界部分、ＰＡ２…非境界部分、ＲＥ１…第１領域、ＲＥ２…第２領域、ｔｐ１…厚さ、ｔｐ２…厚さ。

Claims (17)

  1. 振動板と第１電極と圧電体と第２電極とがこの順に第１方向に積層された液体吐出ヘッドであって、
    前記第１電極と前記第２電極との間に介在する前記圧電体の領域を第１領域とし、
    前記第１領域以外の前記圧電体の領域を第２領域とし、
    前記第１領域と前記第２領域との境界の少なくとも一部を含む前記圧電体の部分を境界部分とし、
    前記境界部分とは異なり、かつ、前記第１領域に位置する前記圧電体の部分を非境界部分とするとき、
    前記境界部分の誘電率は、前記非境界部分の誘電率よりも小さい、
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記圧電体は、鉛を含み、
    前記境界部分の鉛の含有率は、前記非境界部分の鉛の含有率よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 振動板と第１電極と圧電体と第２電極とがこの順に第１方向に積層された液体吐出ヘッドであって、
    前記圧電体は、鉛を含み、
    前記第１電極と前記第２電極との間に介在する前記圧電体の領域を第１領域とし、
    前記第１領域以外の前記圧電体の領域を第２領域とし、
    前記第１領域と前記第２領域との境界の少なくとも一部を含む前記圧電体の部分を境界部分とし、
    前記境界部分とは異なり、かつ、前記第１領域に位置する前記圧電体の部分を非境界部分とするとき、
    前記境界部分の鉛の含有率は、前記非境界部分の鉛の含有率よりも大きい、
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  4. 前記圧電体よりも前記第１方向に配置され、鉛を吸収する作用を有する鉛吸収層をさらに有し、
    前記鉛吸収層は、前記第１方向にみて、前記非境界部分に重なり、かつ、前記境界部分に重ならない構成であるか、
    または、前記第１方向にみて前記非境界部分に重なる部分の厚さが、前記第１方向にみて前記境界部分に重なる部分の厚さよりも大きい構成である、
    ことを特徴とする請求項２または３に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記第２電極は、前記圧電体と前記鉛吸収層との間に配置される、
    ことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記第２電極は、第１層と第２層とを有し、
    前記第１層および前記第２層がこの順で前記第１方向に積層されており、
    前記鉛吸収層は、前記第１層と前記第２層との間に配置される、
    ことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記鉛吸収層は、チタンを含む、
    ことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 前記圧電体よりも前記第１方向に配置され、鉛の拡散を抑制する作用を有する鉛拡散抑制層をさらに有し、
    前記鉛拡散抑制層は、
    前記第１方向にみて、前記境界部分に重なり、かつ、前記非境界部分に重ならない構成であるか、
    または、前記第１方向にみて前記境界部分に重なる部分の厚さが、前記第１方向にみて前記非境界部分に重なる部分の厚さよりも大きい構成である、
    ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記鉛拡散抑制層は、イリジウム、白金、亜鉛およびハフニウムのうちのいずれか１つを含む、
    ことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 前記境界部分の厚さは、前記非境界部分の厚さよりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  11. 前記振動板よりも前記第１方向とは反対の第２方向に配置され、配列される複数の圧力室を区画する圧力室基板をさらに有し、
    前記境界部分および前記非境界部分は、前記複数の圧力室の配列方向に対して交差する方向に互いに隣り合う、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  12. 前記第１電極は、前記複数の圧力室に対して個別に設けられ、
    前記第２電極は、前記複数の圧力室に対して共通に設けられる、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。
  13. 前記第１電極は、前記複数の圧力室に対して共通に設けられ、
    前記第２電極は、前記複数の圧力室に対して個別に設けられる、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。
  14. 前記境界部分は、前記第１方向にみて前記圧力室に重ならない、
    ことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドによる液体の吐出動作を制御する制御部と、を有する、
    ことを特徴とする液体吐出装置。
  16. 振動板と第１電極と圧電体と第２電極とがこの順に第１方向に積層されたアクチュエーターであって、
    前記第１電極と前記第２電極との間に介在する前記圧電体の領域を第１領域とし、
    前記第１領域以外の前記圧電体の領域を第２領域とし、
    前記第１領域と前記第２領域との境界の少なくとも一部を含む前記圧電体の部分を境界部分とし、
    前記境界部分とは異なり、かつ、前記第１領域に位置する前記圧電体の部分を非境界部分とするとき、
    前記境界部分の誘電率は、前記非境界部分の誘電率よりも小さい、
    ことを特徴とするアクチュエーター。
  17. 振動板と第１電極と圧電体と第２電極とがこの順に第１方向に積層されたアクチュエーターであって、
    前記圧電体は、鉛を含み、
    前記第１電極と前記第２電極との間に介在する前記圧電体の領域を第１領域とし、
    前記第１領域以外の前記圧電体の領域を第２領域とし、
    前記第１領域と前記第２領域との境界の少なくとも一部を含む前記圧電体の部分を境界部分とし、
    前記境界部分とは異なり、かつ、前記第１領域に位置する前記圧電体の部分を非境界部分とするとき、
    前記境界部分の鉛の含有率は、前記非境界部分の鉛の含有率よりも大きい、
    ことを特徴とするアクチュエーター。
JP2020178709A 2020-10-26 2020-10-26 液体吐出ヘッド、液体吐出装置およびアクチュエーター Pending JP2022069820A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020178709A JP2022069820A (ja) 2020-10-26 2020-10-26 液体吐出ヘッド、液体吐出装置およびアクチュエーター
US17/452,078 US20220126583A1 (en) 2020-10-26 2021-10-25 Liquid discharge head, liquid discharge device, and actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020178709A JP2022069820A (ja) 2020-10-26 2020-10-26 液体吐出ヘッド、液体吐出装置およびアクチュエーター

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022069820A true JP2022069820A (ja) 2022-05-12

Family

ID=81258990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020178709A Pending JP2022069820A (ja) 2020-10-26 2020-10-26 液体吐出ヘッド、液体吐出装置およびアクチュエーター

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20220126583A1 (ja)
JP (1) JP2022069820A (ja)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5440192B2 (ja) * 2010-01-13 2014-03-12 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2017054927A (ja) * 2015-09-09 2017-03-16 セイコーエプソン株式会社 圧電素子の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220126583A1 (en) 2022-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8876261B2 (en) Actuator, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus
JP5376157B2 (ja) 液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置
US8197035B2 (en) Actuator device and liquid ejecting head including the same
US9138996B2 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, piezoelectric element and ultrasonic sensor
JP2012240366A (ja) 圧電素子、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置
JP5605553B2 (ja) 圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置
JP2022069820A (ja) 液体吐出ヘッド、液体吐出装置およびアクチュエーター
US11932017B2 (en) Liquid discharge head, liquid discharge device, and actuator
JP2011212869A (ja) 圧電アクチュエータ、液滴噴射ヘッドおよび液滴噴射装置
US11878526B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
US11964481B2 (en) Liquid discharge head and actuator
JP2023010145A (ja) 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置
JP7512672B2 (ja) 圧電素子、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置
US11872813B2 (en) Liquid discharge head and actuator
US20230382114A1 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric device
US11912031B2 (en) Piezoelectric device, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus
US20230382113A1 (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric device
JP2024024200A (ja) 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、および液体吐出ヘッドの製造方法
JP7155997B2 (ja) 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
JP6972808B2 (ja) 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、および圧電デバイス
JP2022091246A (ja) 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置
JP2021182602A (ja) 圧電素子、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置
JP2019202534A (ja) 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電デバイス
JP2018176589A (ja) 液体噴射ヘッド、液体噴射装置および圧電素子
JP2012138480A (ja) 圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20210914

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20211102

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230822

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240417

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240528

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240607