JP5979351B2

JP5979351B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター

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Publication number: JP5979351B2
Application number: JP2012086886A
Authority: JP
Inventors: 矢崎　士郎; 士郎矢崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2032-04-05
Also published as: JP2013215933A; US9016839B2; US20130265371A1

Description

本発明は、圧電素子を変形させることによってノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、圧電素子を備えるアクチュエーターの構造に関する。

従来、圧電素子（アクチュエーター）を変形させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで、圧力発生室に連通するノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドが知られている。その代表例としては、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドがある。

インクジェット式記録ヘッドは、例えば、ノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に圧電素子を備え、この圧電素子の駆動によって振動板を変形させて圧力発生室に圧力変化を生じさせることで、ノズルからインク滴を噴射させる。

ここで、圧電素子は、振動板上に設けられる第１電極、圧電体層及び第２電極で構成され、圧電体層は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。この問題を解決するために、圧電体層の外周面を第２電極で覆うように構成したものがある。例えば、第１電極を圧力発生室毎に設けて個別電極、第２電極を複数の圧力発生室に亘って連続して設けて共通電極とし、この第２電極で圧電体層の外周面を覆うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１７２８７８号公報

特許文献１のように共通電極である第２電極で圧電体層の表面を覆うようにすることで、圧電体層の破壊を抑制することはできる。

ところで、このような構成の圧電素子は、第１電極と第２電極との間に電圧を印加した際に、圧電体層に圧電歪みが生じる部分（能動部）と、圧電歪みが生じない部分（非能動部）との境界部分に応力集中が発生する。

また、圧電素子を構成する第１電極、圧電体層及び第２電極が圧力発生室の外側まで延設されている構成では、圧電体層に圧電歪みが生じる部分（能動部）において、圧力発生室に対向する部分（可撓部）と、圧力発生室の外側の部分（非可撓部）との境界である圧力発生室の端部で、さらに大きな応力集中が発生し、圧電体層に焼損やクラック等が生じてしまう虞がある。

また第２電極は比較的薄く形成されているため抵抗が大きく、電圧降下に起因する液体噴射特性の低下やばらつき（いわゆるエレキクロストーク）が生じ易いという問題もある。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子を構成する圧電体層の破壊を抑制しつつ液体噴射特性の均一化を図ることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーターを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、ノズルに連通する圧力発生室を備える流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を有する圧電素子と、前記第２電極上に設けられた第３電極と、を備え、前記第１電極が圧電素子毎に独立する個別電極を構成する一方、前記第２電極が前記圧力発生室の並設方向に沿って連続的に設けられ複数の圧電素子に共通する共通電極を構成し、前記第１電極、前記圧電体層及び前記第２電極が、前記圧力発生室の長手方向両側において当該圧力発生室の外側まで延設され、前記第３電極が、前記圧力発生室に対向する領域を覆って設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
また本発明は、ノズルに連通する圧力発生室を備える流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を有する圧電素子と、前記第２電極上に設けられた第３電極と、を備え、前記第１電極が圧電素子毎に独立する個別電極を構成する一方、前記第２電極が前記圧力発生室の並設方向に沿って連続的に設けられ複数の圧電素子に共通する共通電極を構成し、前記第１電極、前記圧電体層及び前記第２電極が、前記圧力発生室の長手方向両側において当該圧力発生室の外側まで延設され、前記第３電極は、前記圧力発生室に対向する領域を覆って設けられ、且つ前記圧力発生室の長手方向端部に対向する部分の膜厚が前記圧力発生室に対向する領域の膜厚よりも厚くなっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
ここで、前記第３電極の膜厚が前記第２電極の膜厚よりも厚いことが好ましい。
また前記第３電極は、前記第２電極の略全面に亘って設けられていることが好ましい。
さらに前記第３電極は、前記第２電極よりもヤング率が小さい材料で形成されていることが好ましい。
また前記第３電極が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも一つの材料で形成されていることが好ましい。
また本発明は、上記のような液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置にある。
さらに本発明は、基板上に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を有する圧電素子と、前記第２電極上に設けられた第３電極と、を備え、前記第１電極が圧電素子毎に独立する個別電極を構成する一方、前記第２電極が前記基板の圧力発生室の並設方向に沿って連続的に設けられ複数の圧電素子に共通する共通電極を構成し、前記第１電極、前記圧電体層及び前記第２電極が、前記圧力発生室の長手方向両側において当該圧力発生室の外側まで延設され、前記第３電極が、前記圧力発生室に対向する領域を覆って設けられていることを特徴とするアクチュエーターにある。
また本発明は、基板上に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を有する圧電素子と、前記第２電極上に設けられた第３電極と、を備え、前記第１電極が圧電素子毎に独立する個別電極を構成する一方、前記第２電極が前記基板の圧力発生室の並設方向に沿って連続的に設けられ複数の圧電素子に共通する共通電極を構成し、前記第１電極、前記圧電体層及び前記第２電極が、前記圧力発生室の長手方向両側において当該圧力発生室の外側まで延設され、前記第３電極は、前記圧力発生室に対向する領域を覆って設けられ、且つ前記圧力発生室の長手方向端部に対向する部分の膜厚が前記圧力発生室に対向する領域の膜厚よりも厚くなっていることを特徴とするアクチュエーターにある。
また他の態様は、ノズルに連通する圧力発生室を備える流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を有する圧電素子と、前記第２電極上に設けられた第３電極と、を備え、前記第１電極が圧電素子毎に独立する個別電極を構成する一方、前記第２電極が前記圧力発生室の並設方向に沿って連続的に設けられ複数の圧電素子に共通する共通電極を構成し、前記第１電極、前記圧電体層及び前記第２電極が、前記圧力発生室の長手方向において当該圧力発生室の外側まで延設され、前記第３電極が、前記圧力発生室に対向する領域を覆って設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

ここで、前記第３電極の膜厚は前記第２電極の膜厚よりも厚いことが好ましい。また前記第３電極は、前記圧力発生室の長手方向端部に対向する部分の膜厚が前記圧力発生室に対向する領域の膜厚よりも厚くなっていることが好ましい。さらに前記第３電極は、前記第２電極の略全面に亘って設けられていることが好ましい。
かかる本発明では、圧電素子の駆動に伴う応力集中を抑えることができ、この応力集中に起因する圧電体層の破壊を効果的に抑制することができる。また共通電極である第２電極の抵抗値が実質的に低下するため複数の圧電素子を同時に駆動しても電圧降下の発生を抑制することができる。したがって、複数のノズル間における噴射特性の均一化を図ることができる。

また前記第３電極が引張り応力を有すると共に前記第２電極が圧縮応力を有する場合、前記第３電極の引張り応力が前記第２電極の圧縮応力よりも小さいことが好ましい。これにより、いわゆる振動板の腕部の初期撓み量が抑えられ、圧電素子の駆動による振動板の変位量が向上する。

また前記第３電極は、前記第２電極よりもヤング率が小さい材料で形成されていることが好ましい。これにより第３電極による圧電素子の変位の阻害が抑えられる。

また前記第３電極が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも一つの材料で形成されていることが好ましい。これにより、第２電極の抵抗値をより確実に低下させつつ圧電体層の破壊を抑制できる。

さらに本発明は、上記のような液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置にある。かかる本発明では、耐久性及び噴射特性の向上を図った液体噴射装置を実現することができる。

また本発明は、基板上に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を有する圧電素子と、前記第２電極上に設けられた第３電極と、を備え、前記第１電極が圧電素子毎に独立する個別電極を構成する一方、前記第２電極が前記圧力発生室の並設方向に沿って連続的に設けられ複数の圧電素子に共通する共通電極を構成し、前記第１電極、前記圧電体層及び前記第２電極が、前記圧力発生室の長手方向において当該圧力発生室の外側まで延設され、前記第３電極が、前記圧力発生室に対向する領域を覆って設けられていることを特徴とするアクチュエーターにある。
かかる本発明では、圧電素子の駆動に伴う応力集中を抑えることができ、この応力集中に起因する圧電体層の破壊を効果的に抑制することができる。また第２電極の抵抗値が実質的に低下するため複数の圧電素子を同時に駆動しても電圧降下の発生を抑制することができる。したがって、複数のノズル間における噴射特性の均一化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る液体噴射ヘッドを示す分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る液体噴射ヘッドを示す平面図及び断面図である。本発明の一実施形態に係る圧電素子の構成を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る圧電素子の構成を示す断面図である。圧電素子の構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る圧電素子の変形例を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る液体噴射装置を示す概略図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態１）
図１及び図２に示すように、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドＩが備える流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向の一端部側には、インク供給路１３と連通路１４とが隔壁１１によって区画されている。連通路１４の外側には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１５が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路が設けられている。

流路形成基板１０の一方面側、すなわち圧力発生室１２等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室１２に連通するノズル２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって接合されている。

流路形成基板１０の他方面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態に係る振動板５０は、流路形成基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体膜５２とで構成されている。なお圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を他方の面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の一方面は、振動板５０（弾性膜５１）で構成されている。

絶縁体膜５２上には、厚さが例えば、約０．２μｍの第１電極６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの第２電極８０とで構成される圧電素子３００が形成されている。これら振動板５０と圧電素子３００とでアクチュエーターが構成されている。

以下、アクチュエーターを構成する圧電素子３００について、さらに詳細に説明する。図３及び図４に示すように、圧電素子３００を構成する第１電極６０は圧力発生室１２毎に切り分けられ、圧電素子３００毎に独立する個別電極を構成する。そして第１電極６０は、圧力発生室１２の幅方向（短手方向）においては、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち圧力発生室１２の幅方向において、第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域の内側に位置している。圧力発生室１２の長手方向では、第１電極６０の両端部は、それぞれ圧力発生室１２の外側まで延設されている。なお第１電極６０の材料は、金属材料であれば特に限定されないが、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適に用いられる。

圧電体層７０は、所定幅Ｗ１で、並設された複数の圧力発生室１２に対向する領域に亘って連続的に設けられている。所定幅Ｗ１は、圧力発生室１２の長手方向の長さＬ１よりも広い。結果として、圧力発生室１２の長手方向では、圧電体層７０は圧力発生室１２の外側まで設けられている。圧力発生室１２の長手方向一端側（本実施形態では、インク供給路側）における圧電体層７０の端部は、第１電極６０の端部よりも外側に位置している。すなわち第１電極６０の端部は圧電体層７０によって覆われている。圧力発生室１２の長手方向他端側における圧電体層７０の端部は、第１電極６０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置している。

なお圧電体層７０の外側まで延設された第１電極６０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極６５が接続されている。図示は省略するが、このリード電極６５は、駆動回路等に繋がる接続配線が接続される端子部を構成する。

また圧電体層７０には、各隔壁１１に対向する凹部７１が形成されている。この凹部７１の幅Ｗ２は、各隔壁１１の幅Ｗ３と略同一、若しくはそれよりも広くなっている。これにより、振動板５０の圧力発生室１２の幅方向端部に対向する部分（いわゆる振動板５０の腕部）の剛性が抑えられるため、圧電素子３００を良好に変位させることができる。

圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。

第２電極８０は、圧力発生室１２の並設方向において、凹部７１を含む圧電体層７０上に連続して設けられ、複数の圧電素子３００に共通する共通電極を構成する。圧力発生室１２の長手方向一端側における第２電極８０の端部は、圧電体層７０の端部よりも外側に位置している。つまり圧電体層７０の端部は第２電極８０によって覆われている。圧力発生室１２の長手方向他端側における第２電極８０の端部は、圧電体層７０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置している。第２電極８０の材料は、金属材料であれば特に限定されないが、例えば、イリジウム（Ｉｒ）等が好適に用いられる。

このような構成の圧電素子３００は、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第１電極６０と第２電極８０と挟まれている圧電体層７０に圧電歪みが生じる。そして、両電極に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を能動部と称する。また圧電体層７０に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。そして、圧電体層に圧電歪みが生じる能動部において、圧力発生室に対向する部分を可撓部３２０と称する。また圧力発生室の外側の部分を非可撓部３３０と称する。

本実施形態では、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０の全てが圧力発生室１２の長手方向において圧力発生室１２の外側まで連続的に設けられて能動部となっている。このため、圧電素子３００の圧力発生室１２に対向する部分が可撓部３２０となり、圧力発生室１２の外側の部分が非可撓部３３０となっている。

圧電素子３００を構成する第２電極８０上には、さらに第３電極９０が設けられている。第３電極９０は、各圧力発生室１２に対向する領域を覆って連続的に設けられている。本実施形態では、第３電極９０は、第２電極８０の略全面を覆って設けられている。また第３電極９０は、第２電極８０の膜厚よりも厚く形成されている。

このような第３電極９０が設けられていることで、圧電素子３００の可撓部３２０と非可撓部３３０との境界における応力集中等に起因する圧電体層７０の破壊を抑制することができる。本実施形態では、可撓部３２０と非可撓部３３０との境界は、圧力発生室１２の端部に相当するが、第３電極９０が圧力発生室１２に対向する領域を覆って設けられていることで、可撓部３２０と非可撓部３３０との境界部分における応力集中が抑えられる。したがって、この応力集中に起因する圧電体層７０の破壊を効果的に抑制することができる。

また第３電極９０が設けられていることで、第２電極８０の抵抗値が実質的に低くなる。このため、複数の圧電素子３００に電圧を印加する際、第２電極８０の抵抗に起因する電圧降下の発生を抑制することができる。したがって、各ノズル２１からインク滴を良好に噴射させることができ、また噴射特性の均一化を図ることができる。

ところで、圧電素子３００の可撓部３２０と非可撓部３３０との境界部分における圧電体層７０の破壊を抑制するために、例えば、図５に示すように、この境界部分にのみ第３電極９００を設けることが考えられる。この構成により、可撓部３２０と非可撓部との境界における圧電体層７０の破壊を抑制することができる。さらに第３電極９００が可撓部３２０上には実質的に形成されていないため、圧電素子３００の変位の低下も抑えられる。なお第３電極９００の面積は狭くなるが、その分だけ第３電極９００を厚く形成することで第２電極８０の抵抗を低下させることができる。

ただし、このような構成では、第３電極９００の端部が圧力発生室１２上に位置してしまう。このため、圧電素子３００を駆動した際に、この第３電極９００の端部付近で応力集中が生じ、圧電体層７０に焼損やクラックが発生してしまうという新たな問題が生じてしまう虞がある。

これに対し、本発明では、第３電極９０が圧力発生室１２に対向する領域を覆って設けられている。特に、本実施形態では、第３電極９０は第２電極８０の略全面に亘って設けられている。このため、圧電素子３００を駆動した際に、第３電極９０に起因した応力集中が生じることがない。したがって、応力集中に起因する圧電体層７０の破壊を効果的に抑制することができる。

また第３電極９０を広い範囲に形成することで、膜厚を比較的薄くしても第２電極８０の抵抗値を十分に低下させることができる。また第３電極９０の膜厚を薄くすることで、第３電極９０によって圧電素子３００の変位が大きく阻害されることもない。したがって、例えば、インク滴の噴射速度、噴射量等の噴射特性の低下も抑制できる。

例えば、図５に示す圧電素子の構成では、第２電極８０の抵抗値を十分に低下させるためには、第３電極９０の膜厚を１１００ｎｍ程度とする必要がある。これに対し、例えば、図４に示す本実施形態の構成では、材料にもよるが第３電極９０の膜厚を２５０〜４００ｎｍ程度と大幅に薄くしても、第２電極８０の抵抗を十分に低下させることができる。したがって、第３電極９０による圧電素子３００の変位を大幅に低下させることなく、応力集中に起因する圧電体層７０の破壊を抑制することができる。

なお第３電極９０は、一層で構成されていてもよいし、複数層で構成されていてもよい。何れにしても、第３電極９０は、抵抗率（比抵抗）が比較的小さい材料で形成されていることが好ましい。さらに第３電極９０は、第２電極８０よりもヤング率が小さい材料で形成されていることが好ましい。具体的には、第３電極９０は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも一つの材料で形成されていることが好ましい。ちなみに、図示は省略しているが第３電極９０は、例えば、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）等からなる密着層を介して第２電極８０上に形成されている。

このような第３電極９０が第２電極８０上に設けられていることで、第２電極８０の抵抗値をより確実に低下させて、電圧降下による噴射特性の低下等の発生を効果的に抑制することができる。また圧電素子３００の変位の低下もより確実に抑えられる。

また本実施形態では、第３電極９０は、例えば、金（Ｉｒ）からなり引張り応力を有する。一方、第２電極８０は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなり圧縮応力を有する。この場合、第３電極９０の引張り応力は、第２電極８０の圧縮応力よりも小さいことが好ましい。つまり第３の応力（絶対値）が、第２電極８０の応力（絶対値）よりも小さいことが好ましい。これにより、振動板５０の圧力発生室１２の幅方向端部に対応する部分（いわゆる振動板５０の腕部）における振動板５０の初期変形を抑制することができる。したがって、圧電素子３００の駆動による振動板５０の変位量を実質的に向上することができる。

また本実施形態では、第３電極９０は第２電極８０の略全面に亘って略均一な厚さで形成されているが、例えば、図６に示すように、圧力発生室１２の長手方向端部に対向する部分の膜厚を、圧力発生室１２に対向する領域（中央部）の膜厚よりも厚くするようにしてもよい。すなわち第３電極９０の圧力発生室１２の長手方向端部に対向する部分に、圧力発生室１２に対向する領域の膜厚よりも厚い厚肉部９１を設けるようにしてもよい。この厚肉部９１は、圧力発生室１２の長手方向端部に対向する部分のみに設けられていてもよいが、圧力発生室１２の外側の全ての領域に設けられていてもよい。

第３電極９０をこのような構成とすることで、第２電極８０の抵抗値をより確実に低下させることができる。また第３電極９０は第２電極８０の略全面に設けられているため、第３電極９０の一部に厚肉部９１を設ける場合でも、他の部分に比べて厚肉部９１の厚さを極端に厚くする必要はない。したがって、厚肉部９１の端部に対応する部分における応力集中は小さく、それに起因して圧電体層７０が破壊される可能性も低い。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００を保護する保護基板３０が接着剤３５によって接合されている。保護基板３０には、圧電素子３００を収容する空間を画成する凹部である圧電素子保持部３１が設けられている。また保護基板３０には、マニホールド１００の一部を構成するマニホールド部３２が設けられている。マニホールド部３２は、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１５と連通している。また保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。各圧電素子３００の第１電極６０に接続されたリード電極６５は、この貫通孔３３内に露出している。また第３電極９０も貫通孔３３内まで引き出されている。図示は省略するが、駆動回路に接続される接続配線の一端が、この貫通孔３３内でリード電極６５及び第３電極９０に接続されている。

保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加する。これにより圧電素子３００と共に振動板５０がたわみ変形して各圧力発生室１２内の圧力が高まり、各ノズル２１からインク滴が噴射される。

またインクジェット式記録ヘッドＩは、例えば、図７に示すように、インクジェット式記録装置ＩＩに搭載される。インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１は、インク供給手段を構成するカートリッジ２が着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１を搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動可能に設けられている。この記録ヘッドユニット１は、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を噴射する。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

そして本発明では、上述のようにインクジェット式記録ヘッドＩを構成する圧電素子３００の破壊を抑制しつつ噴射特性の均一化を図ることができる。結果として、印刷品質を向上し耐久性を高めたインクジェット式記録装置ＩＩを実現することができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、各圧電素子３００の圧電体層７０が連続的に設けられた構成を例示したが、勿論、圧電体層７０は、圧電素子３００毎に独立して設けられていてもよい。さらに圧電体層７０の断面形状が略矩形である構成を例示しているが、圧電体層７０の断面形状は台形であってもよい。

また上述の実施形態では、圧力発生室１２の開口形状が略矩形である構成を例示したが、圧力発生室１２の開口形状は、特に限定されるものではなく、例えば、平行四辺形等であってもよい。

また例えば、上述の実施形態では、インクジェット式記録装置ＩＩとして、インクジェット式記録ヘッドＩがキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、その構成は特に限定されるものではない。インクジェット式記録装置ＩＩは、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩを固定し、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させることで印刷を行う、いわゆるライン式の記録装置であってもよい。

また上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて本発明を説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッドの他、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

さらに本発明は、このような液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエーターに適用することができる。本発明のアクチュエーターは、例えば、各種センサー類等にも適用することができる。

１０流路形成基板、１１隔壁、１２圧力発生室、１３インク供給路、１４連通路、１５連通部、２０ノズルプレート、２１ノズル、３０保護基板、３１圧電素子保持部、３２マニホールド部、３３貫通孔、３５接着剤、４０コンプライアンス基板、４１封止膜、４２固定板、４３開口部、５０振動板、５１弾性膜、５２絶縁体膜、６０第１電極、６５リード電極、７０圧電体層、７１凹部、８０第２電極、９０第３電極、１００マニホールド、３００圧電素子、３２０可撓部、３３０非可撓部

Claims

ノズルに連通する圧力発生室を備える流路形成基板と、
該流路形成基板上に設けられた振動板と、
該振動板上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を有する圧電素子と、
前記第２電極上に設けられた第３電極と、を備え、
前記第１電極が圧電素子毎に独立する個別電極を構成する一方、前記第２電極が前記圧力発生室の並設方向に沿って連続的に設けられ複数の圧電素子に共通する共通電極を構成し、
前記第１電極、前記圧電体層及び前記第２電極が、前記圧力発生室の長手方向両側において当該圧力発生室の外側まで延設され、
前記第３電極が、前記圧力発生室に対向する領域を覆って設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
ノズルに連通する圧力発生室を備える流路形成基板と、
該流路形成基板上に設けられた振動板と、
該振動板上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を有する圧電素子と、
前記第２電極上に設けられた第３電極と、を備え、
前記第１電極が圧電素子毎に独立する個別電極を構成する一方、前記第２電極が前記圧力発生室の並設方向に沿って連続的に設けられ複数の圧電素子に共通する共通電極を構成し、
前記第１電極、前記圧電体層及び前記第２電極が、前記圧力発生室の長手方向両側において当該圧力発生室の外側まで延設され、
前記第３電極は、前記圧力発生室に対向する領域を覆って設けられ、且つ前記圧力発生室の長手方向端部に対向する部分の膜厚が前記圧力発生室に対向する領域の膜厚よりも厚くなっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記第３電極の膜厚が前記第２電極の膜厚よりも厚いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記第３電極は、前記第２電極の略全面に亘って設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記第３電極は、前記第２電極よりもヤング率が小さい材料で形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記第３電極が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌからなる群から選択される少なくとも一つの材料で形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。
基板上に設けられた振動板と、
該振動板上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を有する圧電素子と、
前記第２電極上に設けられた第３電極と、を備え、
前記第１電極が圧電素子毎に独立する個別電極を構成する一方、前記第２電極が前記基板の圧力発生室の並設方向に沿って連続的に設けられ複数の圧電素子に共通する共通電極を構成し、
前記第１電極、前記圧電体層及び前記第２電極が、前記圧力発生室の長手方向両側において当該圧力発生室の外側まで延設され、
前記第３電極が、前記圧力発生室に対向する領域を覆って設けられていることを特徴とするアクチュエーター。
基板上に設けられた振動板と、
該振動板上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を有する圧電素子と、
前記第２電極上に設けられた第３電極と、を備え、
前記第１電極が圧電素子毎に独立する個別電極を構成する一方、前記第２電極が前記基板の圧力発生室の並設方向に沿って連続的に設けられ複数の圧電素子に共通する共通電極を構成し、
前記第１電極、前記圧電体層及び前記第２電極が、前記圧力発生室の長手方向両側において当該圧力発生室の外側まで延設され、
前記第３電極は、前記圧力発生室に対向する領域を覆って設けられ、且つ前記圧力発生室の長手方向端部に対向する部分の膜厚が前記圧力発生室に対向する領域の膜厚よりも厚くなっていることを特徴とするアクチュエーター。