JP6558104B2 - 圧電デバイス、液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置 - Google Patents

圧電デバイス、液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置 Download PDF

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Description

本発明は、圧電デバイス、液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置に関し、特に、空室に対し可撓面を挟んで形成された圧電素子を備える圧電デバイス、圧電デバイス、液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置に関する。
圧電デバイスは、圧電素子を備え、各種の液体吐出装置や振動センサー等に応用されている。例えば、液体吐出装置では、圧電デバイスを利用して液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出（噴射）する。この液体吐出装置としては、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吐出し、ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは生体有機物の溶液を吐出する。
上記圧電デバイスを利用した液体吐出ヘッドは、圧電素子を駆動することで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吐出するように構成されている。上記圧力室は、例えば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形成されている。この圧力室の一部は可撓部材により区画されて可撓面となっており、この可撓面上に下電極と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなる圧電体と、上電極とが、成膜技術によりそれぞれ積層されて構成されている。例えば、特許文献１に開示されている液体吐出ヘッドでは、上下の電極のうちの下電極が、圧力室毎にパターニングされた個別電極であり、他方の上電極が、複数の圧力室に亘って連続して形成された共通電極となっている。このような構成を採用することで、圧電体の大部分が上電極によって被覆されるので、上電極が保護膜としても機能し、圧電体の耐湿性が高められている。この構成では、上電極、圧電体、および下電極が、平面視（すなわち、各層の積層方向で見た状態）において互いに重なり合う部分が、電極への電圧の印加によって変形する能動部である。
特開２０１４−３４１１４号公報
ところが、上記の構成では、圧力室の開口の外側まで能動部が形成されている。このため、上下電極に駆動電圧が印加されると、圧力室の開口の外側に位置する能動部の端部においても電界が生じ、当該端部も動こうとする。しかしながら、能動部の端部の下は、構造体、すなわち、圧力室形成基板において圧力室等の空室が形成されていない部分であるため、実際には能動部の端部は拘束されて動けない。これにより、能動部の端部に応力が集中して亀裂や剥離等が生じる虞があった。
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、能動部の端部における応力を緩和することが可能な圧電デバイス、液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置を提供することにある。
〔手段１〕
本発明の圧電デバイスは、上記目的を達成するために提案されたものであり、空室を区画する空室部材と、
前記空室部材の一方の面において前記空室との間に可撓面を挟んで設けられ、当該可撓面側から第１電極、圧電体、および第２電極が順に積層されてなる圧電素子と、
を備え、
前記空室部材において前記空室とは別個独立した空部が、前記第１電極、圧電体、および第２電極が互いに重なり合う能動部の端に対して平面視において重なる位置に形成されたことを特徴とする。
本発明によれば、空室部材において空室とは別個独立した空部が、能動部の端に対して平面視において重なる位置に形成され、意図的に脆弱な部分、すなわち外力が加わった際に多少変形可能な弱い部分が設けられているので、この部分により圧電素子の能動部の駆動時における応力が緩和される。その結果、圧電素子の能動部の端部において亀裂や剥離等が生じることが抑制される。
〔手段２〕
また、手段１の構成において、前記空室部材は、前記空室を区画する空室形成基板と、前記可撓面として機能する可撓部材、を有し、
前記空部は、前記空室形成基板に設けられた凹部と前記可撓部材とにより区画された構成を採用することが可能である。
当該構成によれば、能動部の端により近い位置に空部が設けられるので、圧電素子の能動部の駆動時における応力を緩和する効果がより向上する。その結果、圧電素子の能動部の端部において亀裂や剥離等が生じることがより確実に抑制される。
〔手段３〕
また、上記手段１の構成において、前前記空室部材は、前記空室を区画する第１空室形成基板と、当該第１空室形成基板における前記圧電素子側とは反対側の面に接合される第２空室形成基板と、を有し、
前記空部は、前記第２空室形成基板に設けられた凹部と前記第１空室形成基板とにより区画された構成を採用することができる。
当該構成によれば、空室の高さ（深さ）によって厚みが規定される第１空室形成基板よりも、この空室が設けられておらず、第１空室形成基板よりも厚くすることが可能な第２空室形成基板に凹部を形成する方が、凹部の加工が容易である。
〔手段４〕
また、上記手段３の構成において、前記空部は、前記第１空室形成基板に設けられた凹部と前記第２空室形成基板とにより区画された第１空部、及び、前記第２空室形成基板に設けられた凹部と前記第１空室形成基板とにより区画された第２空部を含み、
前記空室部材において、前記第１空部と前記第２空部とが、前記空室の並設方向に沿って交互に形成された構成を採用することが望ましい。
当該構成によれば、第１空部と第２空部とが交互に形成されることで、一方の基板のみに空部が形成される構成と比較して第１空室形成基板と第２空室形成基板の強度が低下することが抑制されるため、これらの基板に破損等が生じる危険性を抑えることができる。
〔手段５〕
また、上記手段３または手段４の構成において、前記可撓面は、前記第１空室形成基板に一体的に形成された構成を採用することもできる。
この構成によれば、第１空室形成基板と可撓面が別部材である構成では圧電素子の駆動時に能動部の端の近傍において第１空室形成基板と可撓面とが剥離するおそれがあるのに対し、第１空室形成基板と可撓面が一体である構成では圧電素子の駆動時に第１空室形成基板と可撓面とが剥離するリスクを抑えることができる。また、このような構成であっても、第１空室形成基板における第２空室形成基板側の面から空部を形成したり、第２空室形成基板側に空部を形成したりすることで、空部を問題なく設けることができる。
〔手段６〕
また、本発明の液体吐出ヘッドは、上記手段１から手段５の何れか一の圧電デバイスと、
前記圧電デバイスの空室と連通するノズルと、
を備え、
前記圧電デバイスにおける圧電素子の駆動により前記空室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記ノズルから液体を吐出させることを特徴とする。
〔手段７〕
また、本発明の液体吐出装置は、上記液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
手段６および手段７の構成によれば、圧電素子の能動部の駆動時における応力が緩和され、圧電素子の能動部の端部において亀裂や剥離等が生じることが抑制されるので、信頼性が向上する。
また、上記目的を達成するために提案される本発明の圧電デバイスは、以下の構成を備えたものであってもよい。
すなわち、空室を区画する空室部材と、
前記空室部材の一方の面において前記空室との間に可撓面を挟んで設けられ、当該可撓面側から第１電極、圧電体、および第２電極が順に積層されてなる圧電素子と、
を備え、
前記空室部材は、前記空室を区画する単一の空室形成基板と、当該空室形成基板に接合された単一の他の基板と、を有し、
前記空室とは別個独立した空部が、前記空室形成基板と前記他の基板とにより区画され、
前記空部は、前記第１電極、圧電体、および第２電極が互いに重なり合う能動部の端に対して平面視において重なる位置に形成されたことを特徴とする（手段１）。
本発明によれば、空室部材において空室とは別個独立した空部が、能動部の端に対して平面視において重なる位置に形成され、意図的に脆弱な部分、すなわち外力が加わった際に多少変形可能な弱い部分が設けられているので、この部分により圧電素子の能動部の駆動時における応力が緩和される。その結果、圧電素子の能動部の端部において亀裂や剥離等が生じることが抑制される。
また、手段１の構成において、前記空室部材は、前記空室形成基板と、前記可撓面として機能する前記他の基板としての可撓部材と、を有し、
前記空部は、前記空室形成基板に設けられた凹部と前記可撓部材とにより区画された構成を採用することが可能である（手段２）。
当該構成によれば、能動部の端により近い位置に空部が設けられるので、圧電素子の能動部の駆動時における応力を緩和する効果がより向上する。その結果、圧電素子の能動部の端部において亀裂や剥離等が生じることがより確実に抑制される。
また、上記手段１の構成において、前記空室部材は、前記空室を区画する前記単一の空室形成基板としての第１空室形成基板と、当該第１空室形成基板における前記圧電素子側とは反対側の面に接合される前記他の基板としての第２空室形成基板と、を有し、
前記空部は、前記第２空室形成基板に設けられた凹部と前記第１空室形成基板とにより区画された構成を採用することができる（手段３）。
当該構成によれば、空室の高さ（深さ）によって厚みが規定される第１空室形成基板よりも、この空室が設けられておらず、第１空室形成基板よりも厚くすることが可能な第２空室形成基板に凹部を形成する方が、凹部の加工が容易である。
また、上記手段３の構成において、前記空部は、前記第１空室形成基板に設けられた凹部と前記第２空室形成基板とにより区画された第１空部、及び、前記第２空室形成基板に設けられた凹部と前記第１空室形成基板とにより区画された第２空部を含み、
前記空室部材において、前記第１空部と前記第２空部とが、前記空室の並設方向に沿って交互に形成された構成を採用することが望ましい（手段４）。
当該構成によれば、第１空部と第２空部とが交互に形成されることで、一方の基板のみに空部が形成される構成と比較して第１空室形成基板と第２空室形成基板の強度が低下することが抑制されるため、これらの基板に破損等が生じる危険性を抑えることができる。
また、上記手段３または手段４の構成において、前記空室は、前記第１空室形成基板の前記圧電素子側とは反対側の面から前記圧電素子側の面との間に薄肉部分を残して第１空室形成基板の厚さ方向の途中まで形成され、
前記可撓面は、前記薄肉部分から構成されることもできる（手段５）。
この構成によれば、第１空室形成基板と可撓面が別部材である構成では圧電素子の駆動時に能動部の端の近傍において第１空室形成基板と可撓面とが剥離するおそれがあるのに対し、第１空室形成基板と、この第１空室形成基板の一部である薄肉部分からなる可撓面と、が一体である構成では圧電素子の駆動時に第１空室形成基板と可撓面とが剥離するリスクを抑えることができる。また、このような構成であっても、第１空室形成基板における第２空室形成基板側の面から空部を形成したり、第２空室形成基板側に空部を形成したりすることで、空部を問題なく設けることができる。
また、本発明の液体吐出ヘッドは、上記手段１から手段５の何れか一の圧電デバイスと、
前記圧電デバイスの空室と連通するノズルと、
を備え、
前記圧電デバイスにおける圧電素子の駆動により前記空室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記ノズルから液体を吐出させることを特徴とする（手段６）。
また、本発明の液体吐出装置は、上記手段６の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする（手段７）。
手段６および手段７の構成によれば、圧電素子の能動部の駆動時における応力が緩和され、圧電素子の能動部の端部において亀裂や剥離等が生じることが抑制されるので、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。 記録ヘッドの要部断面図である。 図２における領域Ａの拡大断面図である。 圧力室形成基板の下面図である。 第２の実施形態における記録ヘッドの要部拡大断面図である。 第３の実施形態における圧力室形成基板の下面図である。 第３の実施形態における記録ヘッドの要部拡大断面図である。 第４の実施形態における記録ヘッドの要部拡大断面図である。 第５の実施形態における圧力室形成基板の下面図である。 第５の実施形態の変形例の圧力室形成基板の下面図である。
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、以下においては、本発明に係る圧電デバイスを備えた液体吐出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）を搭載した液体吐出装置の一種であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。
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の表面に対して液体状のインクを吐出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、インクを吐出する記録ヘッド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プラテンローラー６等を備えている。ここで、上記のインクは、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。
図２は、上記記録ヘッド３の主要部分の構成を説明する断面図である。また、図３は、図２における領域Ａの拡大断面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、圧力発生ユニット９および流路ユニット１２を備え、これらの部材が積層された状態でケース１７に取り付けて構成されている。流路ユニット１２は、ノズルプレート１３、コンプライアンス基板１６、及び、連通基板１４（本発明における第２空室形成基板に相当）を有している。また、圧力発生ユニット９は、圧力室２２が形成された圧力室形成基板２０（本発明における第１空室形成基板に相当）、圧電素子２６、および封止板１５が積層されてユニット化されている。
ケース１７は、例えば合成樹脂から作製された箱体状の部材であり、ノズルプレート１３および圧力発生ユニット９が接合された連通基板１４が底面側に固定される。このケース１７の下面側には、当該下面からケース１７の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空部１９が形成されている。流路ユニット１２がケース１７の下面に位置決め状態で接合されると、連通基板１４上に積層された圧力発生ユニット９が収容空部１９に収容される。また、ケース１７には、インク導入空部２４が形成されている。インク導入空部２４は、インクカートリッジ７側からのインクが導入される空部である。このインク導入空部２４に流入したインクは、連通基板１４の共通液室２３（後述）に導入される。
図４は、圧力室形成基板２０の下面図（連通基板１４との接合面側）である。同図において、破線で示される部分は圧電素子２６の下電極３０（本発明における第１電極に相当）を示し、一点鎖線で示される部分は圧電素子２６の上電極３２（本発明における第２電極に相当）を示している。圧力発生ユニット９の構成部材である圧力室形成基板２０は、シリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも言う）から作製されている。この圧力室形成基板２０には、複数の圧力室２２（本発明における空室に相当）の一部、本実施形態においては主に側壁および天井面を区画する圧力室空部が、ノズルプレート１３に設けられた複数のノズル１８に対応して複数形成されている。圧力室空部は、圧力室形成基板２０の下面側からエッチングされ、上面側に板厚の薄い薄肉部分を残して圧力室形成基板２０の厚さ方向の途中まで形成された空間である。薄肉部分は、圧電素子２６の駆動に伴って変形する可撓面２１として機能する。すなわち、本実施形態においては、圧力室形成基板２０と可撓面２１とが一体的に形成されている。この圧力室空部の下面側の開口部分が、後述する連通基板１４によって塞がれることで圧力室２２が区画される。以下、適宜この圧力室空部も含めて圧力室２２という。
本実施形態における圧力室２２は、平面視（圧力室基板２０および連通基板１４、その他の構成部材の積層方向において見た状態）においてノズル列方向に直交する方向に長尺な略平行四辺形状の空室である。また、この圧力室２２（圧力室空部）における圧力室長手方向端部の壁２２ｗは、圧力室形成基板２０の上下面に対して傾斜している。具体的には、壁２２ｗが、圧力室形成基板２０の上面に向かうほど圧力室２２の内寄りとなる状態に傾斜している。そして、各圧力室２２は、ノズルプレート１３の各ノズル１８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１８の形成ピッチに対応している。
圧力室形成基板２０が連通基板１４に対して位置決めされた状態で接合されると、圧力室２２の長手方向一端部は、後述する連通基板１４のノズル連通路２７を介してノズル１８と連通する。また、圧力室２２の長手方向他端部は、連通基板１４の供給口２８を介して共通液室２３と連通する。本実施形態において、圧力室形成基板２０および連通基板１４からなる積層体が、本発明における空室部材に相当する。そして、この空室部材および圧電素子２６の組み合わせが、本発明の圧電デバイスに相当する。
本実施形態においては、圧力室形成基板２０の下面側において圧力室２２の長手方向両側には、圧力室２２よりも浅く、有底の凹部３４が、当該圧力室形成基板２０の厚さ方向の途中まで形成されている。すなわち、この凹部３４は、当該凹部３４の底板に相当する部分が脆弱部３６として残された状態で、圧力室２２と同様に圧力室形成基板２０の下面側から異方性エッチングにより平面視で略平行四辺形状に形成されている。この凹部３４の下面側の開口は、圧力室形成基板２０の下面に連通基板１４が接合されることにより当該連通基板１４によって塞がれる。これにより、圧力室形成基板２０の凹部３４と連通基板１４とにより空部３５が区画される。図４に示されるように、この空部３５は、平面視において圧電素子２６の能動部の両端Ｅと重なる位置に、圧力室２２毎に２つずつ形成されている。この空部３５は、圧力室２２等のインクが流れる流路とは連通することなく独立した空間であり、空気で満たされている。
圧力室形成基板２０の上面における各圧力室２２に対応する位置（可撓面２１に対応する領域）に、圧電素子２６が形成されている。本実施形態における圧電素子２６は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子２６は、圧力室形成基板２０上に、金属製の下電極３０、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体３１、および、金属製の上電極３２が順次積層されて構成されている。本実施形態における圧電素子２６は、圧力室形成基板２０上において、圧力室２２の長手方向の端を越えて当該圧力室２２よりも外側に外れた位置（可撓面２１よりも外側の位置）まで延設されている。そして、図３および図４に示されるように、下電極３０および圧電体３１は、上電極３２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、下電極３０および圧電体３１が圧力室２２毎にパターニングされており、下電極３０は、圧力室２２毎に個別の電極となっている。また、上電極３２は、複数の圧電素子２６に共通な電極となっている。そして、平面視において、すなわち各層の積層方向において、上電極３２、圧電体３１、および下電極３０がオーバーラップする部分が、両電極３０，３２への電圧の印加により圧電歪みが生じる能動部である。このため、上電極３２の圧力室長手方向の端が、実質的に能動部の端Ｅを規定している。なお、下電極３０が複数の圧電素子２６に共通な電極とされ、上電極３２が圧電素子２６毎に個別な電極とされる構成を採用することもできる。
上記圧電素子２６が形成された連通基板１４の上面には封止板１５が配置される。この封止板１５は、例えば、ガラス、セラミックス材料、シリコン単結晶基板、金属、合成樹脂等から作製される。この封止板１５の内部には、圧電素子２６に対向する領域に当該圧電素子２６の駆動を阻害しない程度の大きさの圧電素子収容空部３９が形成されている。封止板１５は、圧電素子収容空部３９内に圧電素子２６の主に能動部を収容した状態で、連通基板１４の上面に接合される。この封止板１５には、基板厚さ方向を貫通した図示しない配線空部が形成されており、この配線空部内に圧電素子２６から延出された電極端子が配置されている。この電極端子に、図示しない配線部材の端子が電気的に接続される。
連通基板１４の下面には、ノズルプレート１３およびコンプライアンス基板１６が接合される。ノズルプレート１３は、複数のノズル１８が開設された板材であり、本実施形態においてはシリコン基板から作製されている。そして、当該基板に対してドライエッチングを施すことにより円筒形状のノズル１８が形成されている。このノズルプレート１３は、各ノズル１８が連通基板１４のノズル連通路２７とそれぞれ連通する状態で連通基板１４の下面の中央部分に接合されている。コンプライアンス基板１６は、連通基板１４の下面において、共通液室２３の開口を塞ぐ状態で接合された可撓性を有する部材である。このコンプライアンス基板１６は、共通液室２３内のインクの圧力変化を吸収する機能を奏する。
連通基板１４は、圧力室形成基板２０と同様にシリコン基板から作製された板材である。この連通基板１４には、ノズル連通路２７および共通液室２３となる空部が、異方性エッチングによって形成されている。ノズル連通路２７は、圧力室２２に対応して当該圧力室の並設方向（ノズル列方向）に沿って複数形成されている。連通基板１４と圧力室形成基板２０とが位置決め状態で接合された状態で、各ノズル連通路２７は、それぞれ対応する圧力室２２の長手方向における一端部と連通する。共通液室２３は、ノズル列方向（換言すると圧力室２２の並設方向）に沿って延在され、各圧力室２２に共通のインクが導入される空部である。連通基板１４がケース１７に位置決め状態で接合されると、共通液室２３がインク導入空部２４と連通し、インクカートリッジ７からのインクがインク導入空部２４を通じて共通液室２３に導入される。この共通液室２３と各圧力室２２とは、圧力室毎に個別に設けられた供給口２８を介して連通している。このため、共通液室２３内のインクは、供給口２８を通じて各圧力室２２に分配・供給される。
ここで、上記構成の記録ヘッド３では、圧力室形成基板２０において圧力室２２の可撓面２１よりも外側に対応する位置まで圧電素子２６の能動部が形成されている。このため、上下の電極３０，３２に駆動電圧が印加されると、圧力室上部開口の外側における能動部の端部においても上下電極間に電界が生じ、当該能動部の端部も動こうとする。従来の同様な構成の記録ヘッドでは、圧力室の可撓面よりも外側における能動部の端部の下は、構造体、すなわち、圧力室が形成された基板において圧力室等の空室の無い部分であるため、実際には当該能動部の端部は拘束されているので動けない。これにより、能動部の端部に応力が集中して亀裂や剥離等が生じる虞があった。このような不具合に関し、本発明に係る記録ヘッド３では、上述したように、平面視において圧電素子２６の能動部の両端Ｅと重なる位置に空部３５が形成されて、意図的に脆弱な部分、すなわち外力が加わった際に多少変形可能な弱い部分が設けられているので、この部分により圧電素子２６の能動部の駆動時における応力が緩和される。その結果、圧電素子２６の能動部の端部（特に電極）において亀裂や剥離等が生じることが抑制される。また、空部３５は、圧力室２２等のインク流路とは別個独立した空間であるので、ノズル１８におけるインクの吐出特性（吐出されるインクの重量や飛翔速度）に影響を与えることが無い。
ここで、仮に圧力室形成基板と可撓面（可撓部材）が別部材である構成では、圧電素子の駆動時に能動部の端の近傍において圧力室形成基板と可撓部材とが剥離するおそれがあるのに対し、本実施形態においては、圧力室形成基板２０と可撓面２１が一体である構成であるため、圧電素子２６の駆動時に圧力室形成基板２０と可撓面２１とが剥離するリスクを抑えることができる。また、このように圧力室形成基板２０と可撓面２１が一体である構成であっても、圧力室形成基板２０における連通基板１４側の面に空部３５を区画する凹部３４が形成されるので、空部３５を問題なく設けることができる。さらに、本実施形態においては、圧力室形成基板２０に対し圧力室２２と同一のエッチング工程により凹部を形成することができるので、工程数が増加することが無い。
図５は、本発明の第２の実施形態における記録ヘッド３の要部断面図である。上記第１の実施形態においては、圧力室形成基板２０の凹部３４と連通基板１４とにより空部３５が区画された構成を例示したが、これには限られない。第２の実施形態においては、連通基板１４側に凹部３４′が形成され、この凹部３４′が圧力室形成基板２０により塞がれることで空部３５′が区画形成されている点で第１の実施形態と異なっている。すなわち、圧力室間の隔壁の強度を確保する観点から圧力室２２の高さ（深さ）は、共通液室２３やノズル連通路２７等と比較して浅く形成されるため、これに応じて圧力室形成基板２０の厚さは連通基板１４の厚さ（例えば、２００〔μｍ〕以上５００〔μｍ〕の範囲）よりも薄くなっている（例えば、４０〔μｍ〕以上１００〔μｍ〕の範囲）。このため、より厚みのある連通基板１４に凹部３４′を形成する方が容易に加工でき、また、基板の破損もし難い。この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、平面視において圧電素子２６の能動部の両端Ｅと重なる位置に空部３５′が形成されているので、圧電素子２６の能動部の駆動時における応力が緩和される。なお、その他の構成は第１の実施形態の構成と同様である。
図６および図７は、本発明の第３の実施形態の構成を説明する図であり、図６は、圧力室形成基板２０の下面図、図７は、記録ヘッド３の要部断面図である。本実施形態においては、圧力室形成基板２０に形成された凹部３４ａと連通基板１４とにより区画された第１空部３５ａと、連通基板１４に形成された凹部３４ｂと圧力室形成基板とにより区画された第２空部３５ｂが、ノズル列方向（圧力室の並設方向）に沿って交互に形成されている点が、上記第１の実施形態および第２の実施形態と異なっている。すなわち、圧力室形成基板２０または連通基板１４の一方の基板のみに凹部が形成される構成では、その分、基板が脆弱になり、破損等の虞がある。これに対し、本実施形態のように、第１空部３５ａと第２空部３５ｂとが交互に形成されることで、圧力室形成基板２０と連通基板１４の強度が低下することが抑制されるため、破損等が生じる危険性を抑えることができる。この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、平面視において圧電素子２６の能動部の両端Ｅと重なる位置に空部３５ａ，３５ｂが形成されているので、圧電素子２６の能動部の駆動時における応力が緩和される。なお、その他の構成は第１の実施形態の構成と同様である。
図８は、本発明の第４の実施形態における記録ヘッド３の要部断面図である。上記第１の実施形態においては、圧力室形成基板２０における圧力室空部は、当該圧力室基板２０の板厚方向を貫通して形成されており、圧力室形成基板２０に弾性膜４０（本発明における可撓部材に相当）および連通基板１４が接合されることにより圧力室２２が区画されている。弾性膜４０は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる第１の層と、この第１の層上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる第２の層と、から成る。この弾性膜４０における圧力室２２の上部開口を塞ぐ部分が圧電素子２６（能動部）の駆動に伴って変形する可撓面として機能する。また、圧力室形成基板２０における上面側から下面側に向けて基板厚さ方向の途中まで窪んだ凹部３４ｃが形成されている。この凹部３４ｃの上面側の開口が弾性膜４０により塞がれる。これにより、圧力室形成基板２０の凹部３４ｃと弾性膜４０とにより空部３５ｃが区画される。この構成によれば、圧力室形成基板２０および連通基板１４の積層方向において、能動部の端Ｅにより近い位置に空部３５ｃが設けられるので、圧電素子２６の能動部の駆動時における応力を緩和する効果がより向上する。その結果、圧電素子２６の能動部の端部において亀裂や剥離等が生じることがより確実に抑制される。なお、その他の構成は第１の実施形態の構成と同様である。
図９は、本発明の第５の実施形態における圧力室基板２０′の平面図である。本実施形態における圧力室２２′は、平面視において楕円形状、あるいは菱形形状を呈している。また、図９において、破線で示す部分は、圧電素子の個別電極の形状で規定される能動部の端Ｅを示している。すなわち、本実施形態における能動部の端Ｅも圧力室２２′よりも外側（可撓面よりも外側）に位置している。そして、圧力室基板２０′あるいは、当該圧力室基板２０′と共に空室部材を構成する基板において、能動部の端Ｅと平面視で重なる位置に、溝状の空部３５ｃが、能動部の端Ｅの全周に亘って円環状に形成されている。このような構成においても、平面視において圧電素子の能動部の両端Ｅと重なる位置に空部３５ｄが形成されることにより、圧電素子２６の能動部の駆動時における応力が緩和される。その結果、圧電素子の能動部の端部において亀裂や剥離等が生じることが抑制される。なお、図１０に示される変形例のように、例えば圧力室２２′に連通する供給路４５が圧力室基板２０′に形成されている構成では、空部３５ｄが、供給路４５を避けて平面視で馬蹄状に形成される等、必ずしも空部３５ｄが能動部の端Ｅの全周に亘って形成されていなくてもよい。
そして、以上では、圧電デバイスとして記録ヘッド３における圧力室形成基板２０、連通基板１４、および圧電素子２６からなる構成を例に挙げて説明したが、本発明は、空室を区画する空室部材および圧電素子を備える他の圧電デバイスにも適用することができる。また、液体吐出ヘッドとしては、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吐出ヘッド、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吐出ヘッド、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吐出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，３…記録ヘッド，９…圧力発生ユニット，１２…流路ユニット，１３…ノズルプレート，１４…連通基板，１５…封止板，１８…ノズル，２０…圧力室形成基板，２１…可撓面，２２…圧力室，２３…共通液室，２６…圧電素子，３０…下電極，３１…圧電体，３２…上電極，３４…凹部，３５…空部，４０…弾性膜，４２…凹部，４３…空部，４５…供給路

Claims (7)

  1. 空室を区画する空室部材と、
    前記空室部材の一方の面において前記空室との間に可撓面を挟んで設けられ、当該可撓面側から第１電極、圧電体、および第２電極が順に積層されてなる圧電素子と、
    を備え、
    前記空室部材は、前記空室を区画する単一の空室形成基板と、当該空室形成基板に接合された単一の他の基板と、を有し、
    前記空室とは別個独立した空部が、前記空室形成基板と前記他の基板とにより区画され、
    前記空部は、前記第１電極、圧電体、および第２電極が互いに重なり合う能動部の端に対して平面視において重なる位置に形成されたことを特徴とする圧電デバイス。
  2. 前記空室部材は、前記空室形成基板と、前記可撓面として機能する前記他の基板としての可撓部材と、を有し、
    前記空部は、前記空室形成基板に設けられた凹部と前記可撓部材とにより区画されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
  3. 前記空室部材は、前記空室を区画する前記単一の空室形成基板としての第１空室形成基板と、当該第１空室形成基板における前記圧電素子側とは反対側の面に接合される前記他の基板としての第２空室形成基板と、を有し、
    前記空部は、前記第２空室形成基板に設けられた凹部と前記第１空室形成基板とにより区画されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
  4. 前記空部は、前記第１空室形成基板に設けられた凹部と前記第２空室形成基板とにより区画された第１空部、及び、前記第２空室形成基板に設けられた凹部と前記第１空室形成基板とにより区画された第２空部を含み、
    前記空室部材において、前記第１空部と前記第２空部とが、前記空室の並設方向に沿って交互に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
  5. 前記空室は、前記第１空室形成基板の前記圧電素子側とは反対側の面から前記圧電素子側の面との間に薄肉部分を残して第１空室形成基板の厚さ方向の途中まで形成され、
    前記可撓面は、前記薄肉部分から構成されたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の圧電デバイス。
  6. 請求項１から請求項５から何れか一項に記載の圧電デバイスと、
    前記圧電デバイスの空室と連通するノズルと、
    を備え、
    前記圧電デバイスにおける圧電素子の駆動により前記空室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記ノズルから液体を吐出させることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  7. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。
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