JP6256641B2 - 液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子の駆動により液体を噴射する液体噴射ヘッド、及び、これを備えた液体噴射装置に関するものであり、特に、圧電素子の損傷を抑制可能な液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置に関するものである。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記の液体噴射ヘッドは、圧力室に液体を導入し、当該圧力室の液体に圧力変動を生じさせて、この圧力室に通じるノズルから液体を噴射するように構成されている。上記圧力室は、シリコン等の結晶性基板に対して異方性エッチングによって寸法精度良く形成されている。また、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段としては、圧電素子が好適に用いられる。この圧電素子としては種々の構成があるが、例えば、圧力室に近い側の下部電極と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなる圧電体層と、上部電極とが、成膜技術によりそれぞれ積層形成されて構成される。そして、上下の電極のうちの一方が圧力室毎に設けられる個別電極として機能し、他方が複数の圧力室に共通な共通電極として機能する。圧電体膜において上下の電極によって挟まれた部分が、電極への電圧の印加によって変形する能動部であり、上下の何れか一方或いは両方から外れた部分が、電極への電圧の印加によっても変形しない非能動部である。

圧力室の一方（ノズル面側とは反対側）の開口部分は、例えばＳｉＯ_２からなる可撓性を有する弾性膜で塞がれ、この上に絶縁膜（例えばＺｒＯ_２）を介して圧電素子が形成される。これらの弾性膜および絶縁膜が振動板として機能する。従来、圧電素子を駆動させたときに圧力室長手方向の両端部において圧電素子および振動板がうねる等の不規則・複雑な変形が生じることがあり、これにより液体の噴射安定性に悪影響を及ぼすという問題があった。また、このような不規則な振動によって圧電素子の能動部と非能動部との境界部分に応力が集中して、圧電素子にクラック等の損傷が生じる場合があった。このため、例えば、特許文献１では、上部電極（第２の導電層）の上に錘としての金属層を設けることで、圧電素子の端部における不規則な振動を抑制する構成も提案されている。この特許文献１の構成では、上部電極の一方の端部の近傍には、下部電極（第１の導電層）と導通するリード電極部（第４の導電層）が上部電極と僅かな間隔を隔てて設けられており、両者の間に圧電体層が露出している。

特開２０１０−２０８０７１号公報（図２（Ｃ））

ところで、上記特許文献１の液体噴射ヘッドの製造工程において、単結晶シリコン基板に対して異方性エッチング処理によって圧力室を形成する場合、圧力室が形成される前の圧力室板のエッチングする側の面（下面）とは反対側の面（上面）に振動板および圧電素子が積層・形成された状態で、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のエッチング用液に浸漬される。この過程を経て製造された液体噴射ヘッドでは、上記の露出した部分の圧電体層が焼損する現象が生じていた。ここで、圧電素子は、封止板と呼ばれる保護部材によって封止された上、さらに液体を透過させない保護シートによって保護された状態でエッチング用液に浸漬される。しかしながら、エッチング反応時に発生する水素ガスが保護シートと封止板を通過して圧電素子側に回り込むことがある。この水素ガスが上記の圧電体層の露出部分と反応して当該圧電体層を溶融させることにより、上部電極（或いはその上の金属層）とリード電極部との間でリーク電流が生じ易くなって焼損が発生したものと考えられる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電素子の焼損を抑制することが可能な液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
前記圧力室に対応する位置に第１の電極、圧電体層、および第２の電極がこの順に積層されてなる圧電素子を有し、前記圧力室形成部材に積層されるアクチュエーターユニットと、
内部に形成された収容空部内に前記圧電素子を収容した状態で接着剤により前記アクチュエーターユニットに接合される封止部材と、
を備え、
前記圧電素子は、前記圧力室の開口部に対応する位置から該圧力室の開口縁を越えて外側の位置まで延設され、且つ、前記圧電体層は、前記延設された部分において第２の電極が除かれた露出部を有する液体噴射ヘッドあって、
前記アクチュエーターユニットと前記封止部材との間の接着剤によって前記圧電体層の前記露出部が被覆されたことを特徴とする。

この構成によれば、圧力室形成部材と封止部材との間の接着剤によって圧電体層の露出部が被覆されるので、圧力室形成部材に対して異方性エッチングによって圧力室を形成する際に発生する水素ガスが圧電素子側に回り込んだとしても、当該水素ガスに圧電体層の露出部が曝されない。このため、圧電体層が水素ガスに反応して溶融することが防止される。その結果、当該露出部の近傍に設けられた電極間において電流のリークが抑制され、圧電体層の焼損が防止される。

上記構成において、前記アクチュエーターユニットに対する前記封止部材の接合部が、前記圧電体層の前記露出部に対し、封止板およびアクチュエーターユニットの積層方向で重なることが望ましい。

この構成によれば、アクチュエーターユニットに対する封止部材の接合部が、圧電体層の露出部に対し、封止板およびアクチュエーターユニットの積層方向で重なるので、圧力室形成部材と封止部材との間の接着剤および封止部材自体によって圧電体層の露出部がより確実に被覆・保護される。

また、本発明は、前記圧電素子の延設部分の端部上に形成されて前記第１の電極に導通する端子部と前記第２の電極との間に前記圧電体層の前記露出部が位置する構成に好適である。

すなわち、端子部と第２の電極との間に露出部が位置する構成においても、露出部が接着剤で被覆されるので、端子部と第２の電極との間で電流のリークが抑制され、圧電体層の焼損が防止される。

また、上記構成において、前記端子部と前記露出部を間に挟んで対向する第２の電極の端部上に、該端子部と同一金属材料からなる金属膜が形成され、
該金属膜の表面と前記端子部の表面とが同一面上に揃い、前記封止部材の接合部が、前記圧電体層の前記露出部を跨いで前記第２の電極と前記端子部とに当接することで、アクチュエーターユニットに対する前記封止部材の積層方向の位置が規定された構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、封止部材の接合部が、圧電体層の露出部を跨いで金属膜と端子部とに当接することで、アクチュエーターユニットに対する封止部材の積層方向の位置が安定して規定されるので、これにより、露出部を接着剤によってより確実に被覆することができ、歩留まりを向上させることができる。

さらに、本発明の液体噴射装置は、上記各構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、液体噴射ヘッドにおける圧電素子の焼損が抑制されるので、装置の信頼性が向上する。
さらに、上記目的を達成するために提案される本発明の液体噴射ヘッドは、以下の構成を備えたものであってもよい。すなわち、複数の圧力室が第１の方向に沿って形成された圧力室形成部材と、
前記圧力室に対応する位置に第１の電極、圧電体層、および第２の電極がこの順に積層されている圧電素子を有するアクチュエーターユニットと、
内部に形成された収容空部内に前記圧電素子を収容した状態で接着剤により前記アクチュエーターユニットに接合される封止部材と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧電体層及び前記第１の電極は、前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記圧力室の前記アクチュエーターユニット側の開口部に対応する位置から該圧力室の開口縁を越えて外側の位置まで延設され、且つ、前記圧電体層は、前記延設された部分において第２の電極が除かれた露出部を有し、
前記アクチュエーターユニットと前記封止部材との間の接着剤によって前記圧電体層の前記露出部の全体が被覆され、
前記アクチュエーターユニットに対する前記封止部材の接合部が、前記圧電体層の前記露出部、および、前記第２の電極の前記第２の方向における前記露出部側の端部に対して前記封止部材および前記アクチュエーターユニットの積層方向においてそれぞれ重なることを特徴とする。
この構成によれば、圧力室形成部材と封止部材との間の接着剤によって圧電体層の露出部が被覆されるので、圧力室形成部材に対して異方性エッチングによって圧力室を形成する際に発生する水素ガスが圧電素子側に回り込んだとしても、当該水素ガスに圧電体層の露出部が曝されない。このため、圧電体層が水素ガスに反応して溶融することが防止される。その結果、当該露出部の近傍に設けられた電極間において電流のリークが抑制され、圧電体層の焼損が防止される。
また、圧電素子の第２の方向における端部となる第２の電極の露出部側の端部に、封止部材の接合部が重なることで、圧電素子を駆動させたときに当該端部における不規則な変形が抑制されるので、当該不規則な変形によって圧電素子にクラック等の損傷が生じることが抑制される。
上記構成において、前記圧電体層の前記延設された部分に形成されて前記第１の電極に導通する端子部を更に有し、
前記第２の方向における前記端子部と前記第２の電極との間に前記露出部が位置し、
前記接合部が前記端子部に対して前記積層方向において重なる構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、端子部と第２の電極との間に露出部が位置する構成においても、露出部が接着剤で被覆されるので、端子部と第２の電極との間で電流のリークが抑制され、圧電体層の焼損が防止される。
また、本発明は、複数の圧力室が第１の方向に沿って形成された圧力室形成部材と、
前記圧力室に対応する位置に第１の電極、圧電体層、および第２の電極がこの順に積層されている圧電素子を有するアクチュエーターユニットと、
内部に形成された収容空部内に前記圧電素子を収容した状態で接着剤により前記アクチュエーターユニットに接合される封止部材と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧電体層及び前記第１の電極は、前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記圧力室の前記アクチュエーターユニット側の開口部に対応する位置から該圧力室の開口縁を越えて外側の位置まで延設され、
前記アクチュエーターユニットは、前記圧電体層の延設された部分において積層された導電部を有し、
前記圧電体層は、前記第２の方向における前記第２の電極と前記導電部の間に前記第２の電極が形成されていない露出部を有し、
前記アクチュエーターユニットと前記封止部材との間の接着剤によって前記圧電体層の前記露出部の全体が被覆され、
前記アクチュエーターユニットに対する前記封止部材の接合部が、前記圧電体層の前記露出部、および、前記第２の電極の前記第２の方向における前記露出部側の端部に対して前記封止部材および前記アクチュエーターユニットの積層方向においてそれぞれ重なることを特徴とする。
この構成によれば、圧力室形成部材と封止部材との間の接着剤によって圧電体層の露出部が被覆されるので、圧力室形成部材に対して異方性エッチングによって圧力室を形成する際に発生する水素ガスが圧電素子側に回り込んだとしても、当該水素ガスに圧電体層の露出部が曝されない。このため、圧電体層が水素ガスに反応して溶融することが防止される。その結果、第２の電極と導電部との間において電流のリークが抑制され、圧電体層の焼損が防止される。
また、接合部が、第２の電極の第２の方向における露出部側の端部に対して積層方向において重なることで、圧電素子を駆動させたときに当該端部における不規則な変形が抑制されるので、当該不規則な変形によって圧電素子にクラック等の損傷が生じることが抑制される。
また、上記構成において、前記積層方向において前記導電部に重なり、かつ第１の電極に導通する端子部を更に有し、
前記接合部が前記端子部に対して前記積層方向において重なる構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、端子部と第２の電極との間に露出部が位置する構成においても、露出部が接着剤で被覆されるので、端子部と第２の電極との間で電流のリークが抑制され、圧電体層の焼損が防止される。
さらに、上記構成において、前記端子部と前記露出部を間に挟んで対向する第２の電極の端部上に、該端子部と同一金属材料からなる金属膜を有し、該金属膜の表面と前記端子部の表面とが同一面上に揃い、
前記封止部材の接合部が、前記圧電体層の前記露出部を跨いで前記接着剤を介し前記金属膜と前記端子部とに接合されることで、アクチュエーターユニットに対する前記封止部材の積層方向の位置が規定される構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、金属膜の表面と端子部の表面とが同一面上に揃い、封止部材の接合部が、圧電体層の露出部を跨いで接着剤を介し金属膜と端子部とに接合されることで、アクチュエーターユニットに対する封止部材の積層方向の位置が規定されるので、露出部を接着剤によってより確実に被覆することができ、歩留まりを向上させることができる。
また、金属膜により圧電素子の端部の不規則な変形がより抑制される。
上記構成において、前記第２の電極の前記第２の方向における前記露出部側の端部上に金属膜を有し、
前記接合部が、前記金属膜及び前記接着剤に前記積層方向において重なる構成を採用することもできる。
この構成によれば、金属膜により圧電素子の端部の不規則な変形がより抑制される。
さらに、上記各構成において、前記接着剤は、前記第２の電極に接合されている構成を採用することが望ましい。
また、前記第２電極における前記圧電体層とは反対側に、密着層と金属層がこの順に設けられており、
前記接着剤は、前記密着層に接合されている構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、接着剤が圧電体層、密着層、金属層と接合されるので、当該接着剤の剥離を抑制することができる。
そして、本発明の液体噴射装置は、上記各構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、液体噴射ヘッドにおける圧電素子の焼損が抑制されるので、装置の信頼性が向上する。

プリンターの内部構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの分解斜視図である。 記録ヘッドの平面図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 記録ヘッドの製造工程を示す要部断面図である。 記録ヘッドの製造工程を示す要部断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、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、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明では、本発明の液体噴射装置として、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載したインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げる。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対して液体状のインクを噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、本発明の液体の一種であり、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジ７がプリンター１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブを通じて記録ヘッド３に供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。従ってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。

図２は、本実施形態の記録ヘッド３の構成を示す分解斜視図である。また、図３は、記録ヘッド３の上面図、図４は、図３におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、図３は、後述する封止板２０が接合されていない状態を示している。この図３において、細線によるハッチングで示される部分は上部電極２９を示し、太線によるハッチングで示される部分は金属層４１を示している（何れも後述）。また、図３および図４は、圧力室２２の長手方向（ノズル列方向に直交する方向）の一端部に対応する部分（インク供給路２４とは反対側の端部）を図示している。

本実施形態における記録ヘッド３は、流路形成基板１５（本発明における圧力室形成部材の一種）、ノズルプレート１６、アクチュエーターユニット１４、及び、封止板２０（本発明における封止部材の一種）等を積層して構成されている。

流路形成基板１５は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる板材である。この流路形成基板１５には、複数の圧力室２２が異方性エッチングによってノズル列方向（本発明における第１の方向に相当）に並べて形成されている。本実施形態における圧力室２２は、ノズル列方向に直交する方向（本発明における第２の方向に相当）に長尺な平行四辺形の開口を有する空部である。各圧力室２２は、ノズルプレート１６の各ノズル２５に一対一に対応して設けられている。すなわち、各圧力室２２の形成ピッチは、ノズル２５の形成ピッチに対応している。また、図２に示すように、流路形成基板１５において、圧力室２２に対して当該圧力室長手方向の側方（ノズル連通側とは反対側）に外れた領域には、流路形成基板１５を貫通する連通部２３が、圧力室２２の並設方向に沿って形成されている。この連通部２３は、各圧力室２２に共通な空部である。この連通部２３と各圧力室２２とは、インク供給路２４を介してそれぞれ連通されている。なお、連通部２３は、後述する振動板２１の連通開口部２６および封止板２０の液室空部３３と連通して、各圧力室２２に共通なインク室であるリザーバー（共通液室）を構成する。インク供給路２４は、圧力室２２よりも狭い幅で形成されており、連通部２３から圧力室２２に流入するインクに対して流路抵抗となる部分である。

流路形成基板１５の下面（アクチュエーターユニット１４との接合面側とは反対側の面）には、ノズルプレート１６が、接着剤や熱溶着フィルム等を介して接合されている。ノズルプレート１６は、所定のピッチで複数のノズル２５が列状に開設された板材である。本実施形態では、３６０ｄｐｉに対応するピッチで３６０個のノズル２５を列設することでノズル列（ノズル群の一種）が構成されている。各ノズル２５は、圧力室２２に対してインク供給路２４とは反対側の端部で連通する。なお、ノズルプレート１６は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、又はステンレス鋼などからなる。

本実施形態におけるアクチュエーターユニット１４は、振動板２１、圧電素子１９、および金属層４１から構成される。振動板２１は、流路形成基板１５の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜１７と、この弾性膜１７上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜１８と、から成る。この振動板２１における圧力室２２に対応する部分、即ち、圧力室２２の上部開口を塞ぐ部分は、圧電素子１９の撓み変形に伴ってノズル２５から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する。この振動板２１における流路形成基板１５の連通部２３に対応する部分には、当該連通部２３と連通する連通開口部２６が開設されている。

振動板２１の絶縁体膜１８における圧力室２２に対応する部分には、圧電素子１９が形成されている。本実施形態における圧電素子１９は、振動板２１側から順に下部電極２７（本発明における第１の電極に相当）、圧電体層２８、および上部電極２９（本発明における第２の電極に相当）が積層されて構成されている。また、圧電素子１９は、絶縁体膜１８上において、圧力室２２の上部開口の縁（ノズル２５と連通する側の開口縁）を越えて当該圧力室２２の長手方向の外側に外れた位置まで延設されている。そして、下部電極２７および圧電体層２８は、上部電極２９の本体部２９ａの圧力室長手方向の端部よりも同方向の外側の位置までさらに延設されている。

本実施形態においては、下部電極２７および圧電体層２８が圧力室２２毎にパターニングされており、下部電極２７は、圧電素子１９毎の個別電極となっている。また、上部電極２９は、各圧電素子１９に共通な電極となっている。そして、積層方向において、上部電極２９、圧電体層２８、および下部電極２７がオーバーラップする部分が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる圧電体能動部である。すなわち、上部電極２９は圧電素子１９の共通電極となっており、下部電極２７は圧電素子１９の個別電極となっている。なお、駆動回路や配線の都合によってこれらを逆にする構成とすることもできる。

上部電極２９は、圧電体能動部を規定する本体部２９ａと、この本体部２９ａから独立した導電部２９ｂとから構成されている。導電部２９ｂは、圧力室２２の上部開口縁よりも圧力室長手方向の外側に外れた領域における圧電体層２８上であって、本体部２９ａに対して所定の間隔を隔てた位置に形成されている。そして、図４に示すように、導電部２９ｂおよび圧電体層２８を貫通する状態で、導電部２９ｂの上面から下部電極２７に至るスルーホール４２が形成されている。

上部電極２９の上には、図示しない密着層（例えば、ＮｉＣｒ）を介して金（Ａｕ）からなる金属層４１が形成されている。この金属層４１は、錘部４１ａ（本発明における金属膜に相当）とリード電極部４１ｂ（本発明における端子部の一種）とから構成される。錘部４１ａは、上部電極２９の本体部２９ａ上であって、圧力室２２の上部開口縁よりも圧力室長手方向の外側の領域に形成されている。この錘部４１ａは、圧電素子１９の長手方向端部の変位を規制することで、駆動時における当該圧電素子１９および振動板２１の不規則な変位を抑制する。なお、錘部４１ａが無い構成を採用することもできる。リード電極部４１ｂは、個別電極である下部電極２７に対応してパターニングされており、少なくとも一部が導電部２９ｂの上部に重なるように形成されている。このリード電極部４１ｂは、上記のスルーホール４２を通じて下部電極２７に導通されている。そして、このリード電極部４１ｂを介して各圧電素子１９に選択的に駆動電圧（駆動パルス）が印加される。錘部４１ａおよびリード電極部４１ｂは、同一の工程で形成され、それぞれの上面（表面）は同一面上に揃っている。

このような構成の記録ヘッド３では、上部電極２９の本体部２９ａおよび導電部２９ｂの間の領域、或いは、錘部４１ａおよびリード電極部４１ｂの間（錘部４１ａが無い構成では、上部電極２９の本体部２９ａおよびリード電極部４１ｂの間）の領域に、上部電極２９が除かれて圧電体層２８の一部が露出している。以下、上部電極２９および金属層４１が形成されていない圧電体層２８の露出部分を露出部２８ａと称する。

アクチュエーターユニット１４における流路形成基板１５との接合面である下面とは反対側の上面には、圧電素子１９を収容可能な収容空部３２を有する封止板２０が接合される。この封止板２０は、アクチュエーターユニット１４との接合面である下面側に収容空部３２が開口した中空箱体状の部材である。上記の収容空部３２は、封止板２０の下面側から上面側に向けて封止板２０の高さ方向途中まで形成された窪みである。この収容空部３２のノズル列方向の寸法（内法）は、同一列の全ての圧電素子１９を収容可能な大きさに設定されている。また、収容空部３２のノズル列に直交する方向の寸法は、圧力室２２の同方向（長手方向）の寸法よりも大きく、且つ、圧電体層２８の同方向の寸法よりも小さく設定されている。また、図２に示すように、封止板２０には、収容空部３２よりもノズル列に直交する方向の外側に外れた位置であって、振動板２１の連通開口部２６および流路形成基板１５の連通部２３に対応する領域には、液室空部３３が設けられている。この液室空部３３は、封止板２０を厚さ方向に貫通して圧力室２２の並設方向に沿って設けられており、上述したように連通開口部２６および連通部２３と一連に連通して各圧力室２２の共通のインク室となるリザーバーを画成する。

封止板２０上には、封止膜３６及び固定板３７とからなるコンプライアンス基板３８が接合されている。封止膜３６は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、ポリフェニレンサルファイドフィルム）からなり、この封止膜３６によって液室空部３３の一方面が封止されている。また、固定板３７は、金属等の硬質の材料（例えば、ステンレス鋼等）で形成される。この固定板３７のリザーバーに対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部２６となっているため、リザーバーの一方面は可撓性を有する封止膜３６のみで封止されている。

なお、図示しないが、封止板２０には、収容空部３２と液室空部３３の他に、封止板２０を厚さ方向に貫通する配線開口部が設けられ、この配線開口部内にリード電極部４１ｂの端部が露出される。そして、このリード電極部４１ｂの露出部分には、プリンター本体側からの図示しない配線部材の端子が電気的に接続される。また、収容空部３２内を大気圧に調整する目的で、封止板２０には、収容空部３２と封止板２０の外部とを連通する大気連通口が設けられている。

上記収容空部３２と液室空部３３とは、仕切壁３４によって隔てられている。この仕切壁３４の下端面を含む封止板２０の下面（本発明における接合部に相当）は、図４に示すように、接着剤Ｂによってアクチュエーターユニット１４の上面に接合される。接着剤Ｂは、例えば、エポキシ系の接着剤から成り、封止板２０の下面に転写により予め塗布される。この接着剤Ｂの厚さは、１．０μｍ以上３．０μｍ以下に調整される。封止板２０とアクチュエーターユニット１４の接合の際、仕切壁３４の下端面は、図３においてＸで示す領域に重なる状態で配置されて当該領域内のアクチュエーターユニット１４と接合される。より具体的には、図４に示すように、少なくとも上部電極２９の本体部２９ａ或いは錘部４１ａと、リード電極部４１ｂとの間を跨ぐ状態で仕切壁３４がアクチュエーターユニット１４に接合される。これにより、上部電極２９の本体部２９ａ或いは錘部４１ａと、リード電極部４１ｂとの間に露出した圧電体層２８の露出部２８ａが、接着剤Ｂによって被覆される。このように、圧電体層２８の露出部２８ａが接着剤Ｂによって被覆・保護されることで、流路形成基板１５に対して異方性エッチングによって圧力室２２を形成する際に発生する水素ガスが圧電素子１９側に回り込んだとしても当該水素ガスに露出部２８ａが曝されない。このため、圧電体層２８が水素ガスに反応して溶融することを防止することができる。その結果、上部電極２９の本体部２９ａ或いは錘部４１ａとリード電極部４１ｂとの間で電流がリークすることが抑制され、圧電体層２８の焼損を防止することが可能となる。

また、このように圧力室２２の開口縁よりも長手方向の外側まで延設された圧電素子１９の端部が、封止板２０および接着剤Ｂによって保護されることで、圧電体層２８の露出部２８ａに対し、封止板およびアクチュエーターユニットの積層方向で重なるので、接着剤Ｂおよび封止板２０によって露出部２８ａがより確実に被覆・保護される。また、圧電素子１９を駆動させたときに当該端部における不規則な変形が抑制されるので、当該不規則な変形によって圧電素子１９にクラック等の損傷が生じることが抑制される。
さらに、本実施形態においては、上端面の高さが同一面上に揃った錘部４１ａおよびリード電極部４１ｂに仕切壁３４の下端面が当接する状態で接合されるので、アクチュエーターユニット１４に対する封止板２０の積層方向の位置が安定して規定される。これにより、露出部２８ａを接着剤Ｂによってより確実に被覆することができ、歩留まりを向上させることができる。また、接着剤Ｂは、Ａｕで構成される金属層４１に対する接着力が弱い欠点があるが、本実施形態においては、金属層４１以外の素材、例えば、密着層や、圧電体層２８、上部電極２９などの多種の材料と接合されるので、剥離を抑制することができる。

なお、圧電素子１９における圧力室２２の長手方向の他端部に対応する部分（インク供給路２４側の端部）に関しては、リード電極部４１ｂが設けられていないので、電流のリークのおそれが少ないが、勿論、圧電体層２８を保護する意味でも、また、圧電素子１９の端部のクラック等を防止する意味でも、封止板２０および接着剤Ｂによって被覆されることが望ましい。

ここで、上記の記録ヘッド３の製造方法について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１５となるシリコン単結晶基板が約１１００℃の拡散炉で熱酸化され、その表面に弾性膜１７を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜が形成される。次いで、図５（ｂ）に示すように、弾性膜１７上に、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜１８が形成される。具体的には、まず、弾性膜１７上に、例えば、ＤＣスパッタ法によりジルコニウム層が形成され、このジルコニウム層が熱酸化されることにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜１８が形成される。次いで、図５（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜１８上に積層することにより下部電極２７が形成され、圧力室２２の幅よりも小さい幅となるようにパターニングされる。

次に、図５（ｄ）に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層２８が下部電極２７の表面に積層される。圧電体層２８の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成する、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層２８が形成される。なお、圧電体層２８の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタ法等を用いることも可能である。圧電体層２８も下部電極２７と同様に、圧力室２２の幅よりも小さい幅となるようにパターニングされる。続いて、図５（ｅ）に示すように、当該圧電体層２８の上面に、例えばイリジウムからなる上部電極２９が圧電体層２８の上面にスパッタリング等により形成される。この上部電極２９は、本体部２９ａと導電部２９ｂにパターニングされる。

次に、図６（ａ）に示すように、導電部２９ｂおよび圧電体層２８に、スルーホール４２が開設される。続いて、図６（ｂ）に示すように、上部電極２９の上に、図示しない密着層を介してスパッタ法、真空蒸着法、或いはＣＶＤ法等により金属層４１が形成される。金属層４１は、エッチング等によって錘部４１ａとリード電極部４１ｂとにパターニングされる。続いて、封止板２０がアクチュエーターユニット１４に接合される。上述したように、封止板２０とアクチュエーターユニット１４の接合の際、仕切壁３４の下端面が、圧電体層２８の露出部２８ａに対し、封止板２０およびアクチュエーターユニット１４の積層方向で重なる状態でアクチュエーターユニット１４に接合されるので、圧電体層２８の露出部２８ａが、封止板２０および接着剤Ｂによって被覆される。その後、アクチュエーターユニット１４および封止板２０が図示しない保護シートで覆われた状態で、圧力室２２が形成される前の状態の記録ヘッド３がエッチング用液に浸漬されて、流路形成基板１５に圧力室２２やインク供給路２４等の流路がエッチングにより形成される。この際、エッチング反応によって発生する水素ガスが、保護シートや封止板２０の大気開放口を通過して収容空部３２内に侵入したとしても、圧電体層２８の露出部２８ａが接着剤Ｂによって被覆・保護されているので、当該水素ガスに露出部２８ａが曝されない。圧力室２２等の流路が形成されたならば、ノズルプレート１６を流路形成基板１５に接合する工程が行われる（図４参照）。

このように本発明に係る記録ヘッド３は、封止板２０の形状（特に、収容空部３２の形状）を変更するのみで、部品等の追加あるいは工程の追加を招くことなくコストアップを抑えつつ圧電体層２８の露出部２８ａを保護することができる。したがって、封止板によって圧電素子を封止する構成を採用する種々の液体噴射ヘッドに本発明を適用することができる。また、当該記録ヘッド３を搭載したプリンター１は、圧電素子１９の焼損が抑制されるので、装置の耐久性・信頼性が向上する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、上述した実施形態では、インクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、上記構成の圧電素子を用いるものであれば、インク以外の液体を噴射するものにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ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（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…搬送機構，７…インクカートリッジ，８…タイミングベルト，９…パルスモーター，１０…ガイドロッド，１４…アクチュエーターユニット，１５…流路形成基板，１６…ノズルプレート，１７…弾性膜，１８…絶縁体膜，１９…圧電素子，２０…封止板，２１…振動板，２２…圧力室，２３…連通部，２４…インク供給路，２５…ノズル，２６…連通開口部，２７…下部電極，２８…圧電体層，２８ａ…露出部，２９…上部電極，２９ａ…本体部，２９ｂ…導電部，３２…収容空部，３３…液室空部，３４…仕切壁，３６…封止膜，３７…固定板，３８…コンプライアンス基板，３９…開口部，４１…金属層，４１ａ…錘部，４１ｂ…リード電極部，４２…スルーホール

Claims (9)

1. 複数の圧力室が第１の方向に沿って形成された圧力室形成部材と、
   前記圧力室に対応する位置に第１の電極、圧電体層、および第２の電極がこの順に積層されている圧電素子を有するアクチュエーターユニットと、
   内部に形成された収容空部内に前記圧電素子を収容した状態で接着剤により前記アクチュエーターユニットに接合される封止部材と、
   を備える液体噴射ヘッドであって、
   前記圧電体層及び前記第１の電極は、前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記圧力室の前記アクチュエーターユニット側の開口部に対応する位置から該圧力室の開口縁を越えて外側の位置まで延設され、且つ、前記圧電体層は、前記延設された部分において第２の電極が除かれた露出部を有し、
   前記アクチュエーターユニットと前記封止部材との間の接着剤によって前記圧電体層の前記露出部の全体が被覆され、
   前記アクチュエーターユニットに対する前記封止部材の接合部が、前記圧電体層の前記露出部、および、前記第２の電極の前記第２の方向における前記露出部側の端部に対して前記封止部材および前記アクチュエーターユニットの積層方向においてそれぞれ重なることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記圧電体層の前記延設された部分に形成されて前記第１の電極に導通する端子部を更に有し、
   前記第２の方向における前記端子部と前記第２の電極との間に前記露出部が位置し、
   前記接合部が前記端子部に対して前記積層方向において重なることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 複数の圧力室が第１の方向に沿って形成された圧力室形成部材と、
   前記圧力室に対応する位置に第１の電極、圧電体層、および第２の電極がこの順に積層されている圧電素子を有するアクチュエーターユニットと、
   内部に形成された収容空部内に前記圧電素子を収容した状態で接着剤により前記アクチュエーターユニットに接合される封止部材と、
   を備える液体噴射ヘッドであって、
   前記圧電体層及び前記第１の電極は、前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記圧力室の前記アクチュエーターユニット側の開口部に対応する位置から該圧力室の開口縁を越えて外側の位置まで延設され、
   前記アクチュエーターユニットは、前記圧電体層の延設された部分において積層された導電部を有し、
   前記圧電体層は、前記第２の方向における前記第２の電極と前記導電部の間に前記第２の電極が形成されていない露出部を有し、
   前記アクチュエーターユニットと前記封止部材との間の接着剤によって前記圧電体層の前記露出部の全体が被覆され、
   前記アクチュエーターユニットに対する前記封止部材の接合部が、前記圧電体層の前記露出部、および、前記第２の電極の前記第２の方向における前記露出部側の端部に対して前記封止部材および前記アクチュエーターユニットの積層方向においてそれぞれ重なることを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 前記積層方向において前記導電部に重なり、かつ第１の電極に導通する端子部を更に有し、
   前記接合部が前記端子部に対して前記積層方向において重なることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記端子部と前記露出部を間に挟んで対向する第２の電極の端部上に、該端子部と同一金属材料からなる金属膜を有し、該金属膜の表面と前記端子部の表面とが同一面上に揃い、
   前記封止部材の接合部が、前記圧電体層の前記露出部を跨いで前記接着剤を介し前記金属膜と前記端子部とに接合されることで、アクチュエーターユニットに対する前記封止部材の積層方向の位置が規定されることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記第２の電極の前記第２の方向における前記露出部側の端部上に金属膜を有し、
   前記接合部が、前記金属膜及び前記接着剤に前記積層方向において重なることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記接着剤は、前記第２の電極に接合されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記第２電極における前記圧電体層とは反対側に、密着層と金属層がこの順に設けられており、
   前記接着剤は、前記密着層に接合されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
9. 請求項１から請求項８の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。

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