JP6582653B2 - 圧電素子、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、対をなす電極層に挟まれた圧電体層を有する圧電素子、これを備えた液体噴射ヘッド、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、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧電素子を備えている。この圧電素子としては、例えば、圧力室に近い側から順に、圧力室毎に設けられる個別電極として機能する下電極層と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電体層と、複数の圧力室に共通な共通電極として機能する上電極層とが、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、圧電体層において上下の電極層によって挟まれた部分が、両電極層への電圧の印加によって変形する能動部となる。ここで、圧電素子が変形する際において、能動部と能動部では無い部分（非能動部）との境界位置に応力が集中し、圧電素子を構成する圧電体層にひび割れ（クラック）等が生じる虞がある。このため、圧力室の長手方向の外側まで圧電体層及び上電極層を延設して、圧電素子の上記境界位置の剛性を高めるようにしたものが開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１３−１５８９０９号公報

しかしながら、上記の構成を採用したとしても、圧電体層にクラック等が発生する不具合を十分に抑制できない虞がある。

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、圧電体層にクラック等が発生することをより確実に抑制することが可能な圧電素子、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。

本発明の圧電素子は、上記目的を達成するために提案されたものであり、撓み変形が許容される第１の領域と、該第１の領域の外側であって撓み変形が阻害される第２の領域とからなる支持体と、
前記支持体の前記第１の領域上に第１の電極層、圧電体層、および第２の電極層がこの順に積層されてなる圧電素子本体と、
前記第２の電極層上に密着層を介して積層される金属層と、を備え、
前記圧電素子本体の一部は前記第２の領域まで延設されると共に、当該延設側の領域において、前記圧電体層の端部は第２の電極層の端部よりも外側に延設され、
前記金属層及び前記密着層は、前記延設側の領域において、前記第１の領域に重なる位置から第２の電極層の端部を超えて前記第２の領域まで延設され、
前記第２の電極層から外れた領域における前記密着層と前記圧電体層との間に絶縁性を有する保護膜が形成されたことを特徴とする。

また、本発明の液体噴ヘッドは、上記構成の圧電素子を備えたことを特徴とする。さらに、本発明の液体噴射装置は、上記構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第１の領域と第２の領域との境界において、金属層が圧電素子本体の動きを規制するので、圧電素子本体が変形し過ぎることを抑制できる。これにより、能動部と非能動部との境界位置に発生する圧電体層を第２の領域まで延設し、第２の電極層から外れた領域における密着層と圧電体層との間に保護膜を形成したので、この部分における圧電体層の変形を抑制でき、能動部と非能動部との境界位置に応力が集中することを抑制できる。これにより、圧電素子本体を変形させる際に、圧電体層にクラック等が発生する不具合をより確実に抑制することができる。その結果、圧電素子の信頼性が向上し、ひいては液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の信頼性が向上する。
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素子は、以下の構成を備えたものであってもよい。
すなわち、撓み変形が許容される第１の領域と、該第１の領域の外側であって撓み変形が阻害される第２の領域とからなる支持体と、
前記支持体の前記第１の領域上に第１の電極層、圧電体層、および第２の電極層がこの順に積層されてなる複数の圧電素子本体と、
前記第２の電極層上に密着層を介して積層される金属層と、
を備え、
前記第１の電極層は、複数の前記圧電素子本体毎に個別に形成され、
前記第２の電極層は、複数の前記圧電素子本体に共通に形成され、
前記圧電素子本体の一部は前記第２の領域まで延設されると共に、当該延設側の領域において、前記圧電体層の端部は第２の電極層の端部よりも外側に延設され、
前記金属層及び前記密着層は、前記延設側の領域において、前記第１の領域に重なる位置から第２の電極層の端部を超えて前記第２の領域まで延設され、
前記第２の電極層から外れた領域における前記密着層と前記圧電体層との間に絶縁性を有する保護膜が形成されたことを特徴とする。
また、上記構成において、前記第２の領域まで延設された前記圧電体層上に、前記第１の電極層に導通されると共に前記第２の電極層とは間隔を空けて個別電極層が前記圧電素子本体毎に個別に形成され、
前記個別電極層上に個別密着層を介して個別金属層が積層され、
前記個別金属層及び前記個別密着層は、前記延設側の領域において、前記個別電極層の端部を超えて当該個別電極層と前記第２の電極層との間の領域まで延設され、
前記個別電極層と前記第２の電極層との間の領域において、前記密着層と前記圧電体層との間、及び、前記個別密着層と前記圧電体層の間に絶縁性を有する保護膜が形成された構成を採用することが望ましい。
本発明の液体噴射ヘッドは、上記何れかの構成の圧電素子を備えたことを特徴とする。
さらに、本発明の液体噴射装置は、上記構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、第１の領域と第２の領域との境界において、金属層が圧電素子本体の動きを規制するので、圧電素子本体が変形し過ぎることを抑制できる。これにより、能動部と非能動部との境界位置に発生する応力を弱めることができる。また、圧電体層を第２の領域まで延設し、第２の電極層から外れた領域における密着層と圧電体層との間に保護膜を形成したので、この部分における圧電体層の変形を抑制でき、能動部と非能動部との境界位置に応力が集中することを抑制できる。これにより、圧電素子本体を変形させる際に、圧電体層にクラック等が発生する不具合をより確実に抑制することができる。その結果、圧電素子の信頼性が向上し、ひいては液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の信頼性が向上する。

プリンターの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。 記録ヘッドの要部における平面図である。 図３におけるＡ−Ａ断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ断面図である。 圧電素子の製造方法を説明する工程図である。

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、本発明に係る圧電素子として、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）においてインクを噴射するためのアクチュエーターとして用いた場合の例を挙げる。

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等を備えている。また、プリンター１は、記録媒体２を副走査方向に移送する機構として、例えば、プラテンローラー６を備えている。この移送機構としては、プラテンローラー６のほか、ドラム等を用いてもよい。ここで、液体の一種である上記インクは、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がプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じて記録ヘッド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〜図５は、本実施形態の記録ヘッド３の構成を示す模式図である。特に、図２は、記録ヘッド３の分解斜視図であり、図３は、記録ヘッド３の要部における平面図（上面図）である。また、図４は、図３におけるＡ−Ａ断面図であり、図５は、図３におけるＢ−Ｂ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。すなわち、図３は、各層が積層された振動板２１の平面図である。この図３において、ハッチングで示される部分は金属層（共通金属層３０及び個別金属層４０）を示している。

本実施形態における記録ヘッド３は、圧力室形成基板１５、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等を積層して構成されている。圧力室形成基板１５は、例えば、シリコン単結晶基板等からなる板材である。図４に示すように、この圧力室形成基板１５には、複数の圧力室２２となる空間（以下、適宜、圧力室空間と称する。）が、隔壁２２ａを間に挟んで並設されている。これらの圧力室空間は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部であり、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、各圧力室空間（或いは圧力室２２）は、ノズル列方向に沿って、ノズル２５の形成ピッチと同じピッチで形成されている。なお、本実施形態の圧力室形成基板１５は、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って作成される。このため、図３に示すように、圧力室空間の上部開口（ノズル２５側とは反対側の開口）は、台形状を呈している。また、図５に示すように、圧力室２２の長手方向の内壁は、その一部が斜めに傾斜した斜面になっている。そして、この斜面の途中には、段差が形成されている。

また、図２に示すように、圧力室形成基板１５において、圧力室空間に対して当該圧力室空間の長手方向の側方（ノズル２５との連通側とは反対側）に外れた領域には、圧力室形成基板１５を貫通する連通部２３が、圧力室空間の並設方向に沿って形成されている。この連通部２３は、各圧力室空間に共通な空部である。この連通部２３と各圧力室空間とは、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、各圧力室空間（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。

圧力室形成基板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。本実施形態におけるノズルプレート１６は、ドット形成密度（例えば、３００ｄｐｉ）に相当するピッチ（隣接ノズル２５の中心間距離）で各ノズル２５が並設されている。図３に示すように、各ノズル２５は、圧力室空間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、又はステンレス鋼等からなる。

アクチュエーターユニット１４は、図２に示すように、振動板２１、並びに、この振動板２１上に積層された圧電素子本体１９、共通金属層３０及びリード電極部４１等から構成される。振動板２１（本発明における支持体に相当）は、圧力室形成基板１５の上面に形成された弾性膜１７と、この弾性膜１７上に形成された絶縁体膜１８と、から成る。なお、弾性膜１７としては、例えば、厚さが３００〜２０００ｎｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）が好適に用いられる。また、絶縁体膜１８としては、例えば、厚さが３０〜６００ｎｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）が好適に用いられる。この振動板２１における圧力室空間に対応する部分、即ち、圧力室空間の上部開口を塞いで圧力室２２の一部を区画する部分は、圧電素子本体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撓み変形が許容される領域であり、本発明の第１の領域に相当する。一方、この領域の外側、即ち、圧力室空間の外側の領域は、圧電素子本体１９の撓み変形が阻害される領域であり、本発明の第２の領域に相当する。なお、図２に示すように、振動板２１における圧力室形成基板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（絶縁体膜１８）の圧力室２２に対応する部分、すなわち第１の領域の上面（ノズル２５側とは反対側の面）には、圧電素子本体１９が形成されている。本実施形態における圧電素子本体１９は、図４及び図５に示すように、振動板２１側から順に下電極層２７（本発明における第１の電極層に相当）、圧電体層２８および上電極層２９（本発明における第２の電極層に相当）が、成膜技術により積層されて構成されている。すなわち、圧電素子本体１９は、下電極層２７と上電極層２９との間に圧電体層２８が挟まれた部分であり、両電極層への電圧の印加により圧電歪みが生じる能動部となる部分である。そして、図５に示すように、本実施形態の圧電素子本体１９の長手方向の一側（インク供給路２４とは反対側）の端部は、圧力室空間の長手方向の外側の領域（第２の領域）まで延設されている。また、圧力室２２（詳しくは、圧力室空間の上部開口）の長手方向の内側と外側との境界領域における上電極層２９上には、共通密着層３５を介して共通金属層３０が積層されている。なお、振動板２１上に積層された各層の位置関係に関し、詳しくは後述する。また、振動板２１、下電極層２７、圧電体層２８、上電極層２９、共通密着層３５、共通金属層３０及び後述する保護膜４３からなり、圧力室２２に対応する部分の外側も含めてアクチュエーターとして機能する部分が本発明における圧電素子に相当する。

なお、上電極層２９及び下電極層２７としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の各種金属や、これらの合金等が用いられる。合金電極の一例として、ＬａＮｉＯ_３等が挙げられる。また、圧電体層２８としては、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。その他、チタン酸バリウムなどの非鉛材料も用いることが可能である。さらに、各層の厚さに関し、例えば、上電極層２９の厚さは１５〜１００ｎｍ、圧電体層２８の厚さは０．７〜５μｍ、下電極層２７の厚さは５０〜３００ｎｍの範囲に設定されることが望ましい。また、共通金属層３０としては、金（Ａｕ）等が用いられ、共通密着層３５としては、チタン、ニッケル、クロム、及び、これらの合金等が用いられる。

封止板２０は、図２に示すように、アクチュエーターユニット１４における圧力室形成基板１５との接合面である下面とは反対側の上面に、接着剤３７（図４及び図５参照）を介して接合されている。この封止板２０内には、圧電素子本体１９を収容可能な収容空部３２が形成されている。また、封止板２０の収容空部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および圧力室形成基板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。液室空部３３は、封止板２０を厚さ方向に貫通して圧力室空間（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空間の共通のインク室となるリザーバーを画成する。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、アクチュエーターユニット１４の端子領域に対応する位置に、封止板２０を厚さ方向に貫通する配線開口部が設けられている。この配線開口部内に後述する端子領域の個別金属層４０及び共通金属層３０が露出される。そして、これらの金属層３０、４０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。

このような構成の記録ヘッド３では、インクカートリッジ７からインクを取り込み、リザーバー、インク供給路２４、圧力室２２、およびノズル２５に至るまでの流路内がインクで満たされる。そして、プリンター本体側からの駆動信号の供給により、圧力室２２に対応するそれぞれの下電極層２７と上電極層２９との間に、両電極の電位差に応じた電界が付与されると、圧電素子本体１９が撓み変形する。これに伴って、振動板２１の圧力室２２（圧力室空間の上部開口）に対応する領域（第１の領域）が変位し、圧力室２２内に圧力変動が生じる。この圧力変動を制御することで、ノズル２５からインクが噴射される。

次に、振動板２１に積層される各層の位置関係について詳しく説明する。本実施形態の下電極層２７は、図４に示すように、個々の圧力室２２毎に独立して設けられている。一方、本実施形態の上電極層２９は、複数の圧力室２２に亘って連続して設けられている。したがって、下電極層２７は、圧力室２２毎の個別電極となり、上電極層２９は、各圧力室２２に共通な共通電極となる。

具体的には、圧力室並設方向（ノズル列方向）において、下電極層２７の幅は、圧力室２２（詳しくは、圧力室空間の上部開口）の幅及び圧力室２２に対応する領域（第１の領域）上の圧電体層２８の幅よりも狭く形成されている。また、図３に示すように、下電極層２７は、圧力室２２の長手方向（ノズル列方向に直交する方向）において、一側（図３における下側）の端部がリード電極部４１（後述）まで延在され、他側（図３における上側）の端部が圧力室２２の端部（詳しくは、圧力室空間の上部開口縁）を越えてインク供給路２４と重なる位置（詳しくは、各層の積層方向に対して重なる位置）まで延在されている。一方、図４に示すように、上電極層２９は、圧力室並設方向において、その両端部が並設された一群の圧力室２２の外側まで延在されている。また、図３に示すように、上電極層２９は、圧力室２２の長手方向において、一側の端部が圧力室２２（詳しくは、圧力室空間の上部開口縁）の端部を越えて当該圧力室２２とリード電極部４１との間の領域まで延在され、他側の端部が下電極層２７の端部を越えてインク供給路２４と重なる位置の外側まで延在されている。

そして、図３及び図５に示すように、圧電体層２８は、圧力室２２の長手方向において、一側の端部が上電極層２９の一側の端部を越えてリード電極部４１の端部と重なる位置まで延在され、他側の端部が下電極層２７の端部を越えてインク供給路２４と重なる位置の外側まで延在されている。また、図３に示すように、圧電体層２８は、圧力室並設方向において、複数の圧力室２２に亘って形成されると共に、隣り合う圧力室２２の間に対応する領域に開口部２８ａが複数形成されている。この開口部２８ａは、圧電体層２８をエッチングにより除去することで形成される。すなわち、複数の開口部２８ａがノズル列方向に沿って、圧力室２２の形成ピッチ（ノズル２５の形成ピッチ）と同じピッチで形成されている。これにより、開口部２８ａと開口部２８ａとの間に、１つの圧力室２２に対応する圧電素子本体１９が、圧力室２２の形成ピッチと同じピッチで形成される。

また、図４に示すように、圧力室空間上における圧電体層２８のノズル列方向の幅（隣り合う開口部２８ａの間の距離）は、圧力室２２の同方向における幅よりも狭く、且つ下電極層２７の同方向の幅よりも広く形成されている。また、図３に示すように、開口部２８ａの長手方向の長さは、圧力室２２（詳しくは、圧力室空間の上部開口）の長手方向の長さより短く形成されている。すなわち、長手方向において、開口部２８ａの両側の端部は、いずれも圧力室２２の両側の端部より内側（圧力室２２の中央側）に対応する位置にある。なお、本実施形態の開口部２８ａは、平面視において、圧力室２２の長手方向に沿って長尺な六角形状に形成されている。また、圧力室２２の長手方向において、開口部２８ａから外れた領域の圧電体層２８は、複数の圧力室２２に亘って連続して形成されている。

圧力室２２の長手方向における圧電素子本体１９の端部領域には、複数の圧力室２２に亘って連続する共通金属層３０（本発明における金属層に相当）が積層されている。この共通金属層３０は、共通密着層３５（本発明における密着層に相当）を介して上電極層２９の上に積層されている。すなわち、共通密着層３５上に共通金属層３０が積層されている。本実施形態の共通金属層３０及び共通密着層３５は、図３に示すように、複数の圧力室２２に亘って連続して形成されると共に、ノズル列方向に直交する方向において開口部２８ａを挟んだ両側に形成されている。この両側に形成された共通金属層３０及び共通密着層３５は、それぞれ圧力室空間に対応する領域（振動板２１の第１の領域）と部分的に重なる位置から圧力室空間の長手方向の外側に外れた領域（振動板２１の第２の領域）と部分的に重なる位置に亘って形成されている。

具体的には、図３に示すように、他側（インク供給路２４側、図３における上側）に形成される共通金属層３０ａ及び共通密着層３５ａは、圧力室２２の長手方向（圧電素子本体１９の延設方向）において、開口部２８ａの他側における端部に対応する領域から圧力室２２及びインク供給路２４を越えた領域まで延在している。本実施形態では、他側の共通金属層３０ａ及び共通密着層３５ａは、平面視において六角形状の開口部２８ａの他側の頂点を含む端部と重畳されると共に、圧力室２２のインク供給路２４との境界を含む端部と重畳されている。

一方、一側（ノズル２５側、図３における下側）に形成される共通金属層３０ｂ及び共通密着層３５ｂは、圧力室２２の長手方向において、開口部２８ａの一側における端部に対応する領域から圧力室２２の端部（詳しくは、圧力室空間の上部開口縁）及び上電極層２９の一側の端部を越えて当該圧力室２２とリード電極部４１との間の領域まで延在されている。すなわち、共通金属層３０ｂ及び共通密着層３５ｂは、圧電体層２８上において、上電極層２９の一側の端部よりも外側（リード電極部４１側）に延在されている。本実施形態では、図３に示すように、一側の共通金属層３０ｂ及び共通密着層３５ｂは、平面視において開口部２８ａの一側の頂点を含む端部と重畳されると共に、圧力室２２の一側の端部と重畳されている。

なお、圧電体層２８一側の端部において、共通金属層３０ｂ及び共通密着層３５ｂと重なる部分が、上電極層２９を介して共通金属層３０ｂに電圧が印加された際に変形する部分であり、この共通金属層３０ｂ及び共通密着層３５ｂの一側の端部に対応する位置が、能動部と非能動部との境界位置に相当する。また、圧力室２２の長手方向の両側の共通金属層３０及び共通密着層３５は、それぞれ端部の位置が同じ位置に揃えられている。さらに、これら両側の共通金属層３０及び共通密着層３５は、圧力室並設方向の外側において、リード電極部４１側の端子領域（図示せず）まで延在している。この端子領域において、配線部材の共通電極端子と電気的に接続される。

そして、図３及び図５に示すように、上電極層２９の一側の端部から外れた領域における共通密着層３５ｂと圧電体層２８との間には、絶縁性を有する保護膜４３が形成されている。すなわち、上電極層２９の端部よりも外側に位置する共通金属層３０ｂ及び共通密着層３５ｂは、圧電体層２８上に積層された保護膜４３上に積層されている。本実施形態の保護膜４３は、上電極層２９の一側の端部とリード電極部４１の個別上電極層３９（本発明における個別電極層に相当）の他側の端部との間に形成されている。すなわち、共通金属層３０ｂとリード電極部４１との間の領域には、保護膜４３が露出した領域が形成される。なお、本実施形態では、図５に示すように、保護膜４３と上電極層２９及び個別上電極層３９とが各層の積層方向に重ならないように形成されているが、一部が重なるように形成されてもよい。また、保護膜４３としては、絶縁性を有するものであればどのようなものであってもよい。例えば、融点が高く、電気絶縁性に優れたアルミナ（酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３））を保護膜４３として好適に用いることができる。その他、ポリイミドや、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及びこれらを含む化合物等も保護膜４３として用いることができる。

なお、図５に示すように、圧電体層２８の一側の端部上であって、共通金属層３０ｂの途中からリード電極部４１の端部に亘る領域には、接着剤３７を介して封止板２０の下端部が接合されている。すなわち、共通金属層３０ｂとリード電極部４１との間の保護膜４３が露出した領域に接着剤３７が充填され、圧電体層２８の能動部と非能動部との境界位置に重なる領域に封止板２０の下端部が接合されている。

また、リード電極部４１は、図３及び図５に示すように、圧力室２２の長手方向の一側の端部よりも外側に外れた領域であって、上電極層２９に対して所定の間隔を隔てた位置に形成されている。本実施形態のリード電極部４１の他側（圧電素子本体１９側）の端部は、圧電体層２８の一側の端部上に積層されている。すなわち、圧電体層２８の一側の端部上において、上電極層２９、共通密着層３５ｂ及び共通金属層３０ｂと間隔を開けて形成される個別上電極層３９、個別密着層４５及び個別金属層４０が、この順にそれぞれ下電極層２７に対応して圧電素子本体１９毎に積層されている。また、個別密着層４５及び個別金属層４０の他側の端部は、個別上電極層３９の他側の端部よりも圧電素子本体１９側に延在されている。この個別上電極層３９の他側の端部から外れた領域における個別密着層４５及び個別金属層４０は、保護膜４３上に積層されている。そして、これら個別上電極層３９、個別密着層４５及び個別金属層４０は、圧電体層２８の外側で、下電極層２７と導通している。このようなリード電極部４１の一側（圧電素子本体１９とは反対側）の端部は、図示しない端子領域まで延在され、配線部材の個別電極端子と電気的に接続される。

このように、圧力室２２（詳しくは、圧力室空間の上部開口）の長手方向の内側と外側との境界において、共通金属層３０が形成されたので、この共通金属層３０が能動部である圧電素子本体１９の動きを規制し、圧電素子本体１９の端部が変形し過ぎることを抑制できる。これにより、能動部と非能動部との境界位置に発生する応力を弱めることができる。また、圧電素子本体１９の延設側の領域において圧電体層２８を圧力室２２（詳しくは、圧力室空間の上部開口）の外側まで延設し、上電極層２９から外れた領域における共通密着層３５ｂと圧電体層２８との間に保護膜４３を形成したので、当該保護膜４３が積層された部分における圧電体層２８にかかる電界を弱めることできる。これにより、当該部分の変形を抑制でき、能動部と非能動部との境界位置に応力が集中することを抑制できる。これにより、圧電素子本体１９を変形させる際に、圧電体層２８にクラック等が発生する不具合をより確実に抑制することができる。その結果、圧電素子の信頼性が向上し、ひいては記録ヘッド３及びプリンター１の信頼性が向上する。

次に、上記した圧電素子の製造方法について説明する。図６は、圧電素子の製造方法を説明する工程図である。まず、図６（ａ）に示すように、弾性膜１７と絶縁体膜１８とからなる振動板２１の一面に下電極層２７となる薄膜を製膜し、フォトリソグラフィ技術により下電極層２７をパターニングする。具体的には、レジスト層の塗布工程、露光工程、現像工程を経て、下電極層２７の形状に応じたレジストマスクをこの薄膜上に形成する。その後、エッチング工程において上記した薄膜の不要な部分を除去し、レジスト除去工程においてレジストマスクを除去することで、下電極層２７を形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、下電極層２７が形成された振動板２１の一面に圧電体層２８となる薄膜を製膜し、フォトリソグラフィ技術により圧電体層２８をパターニングする。続いて、図６（ｃ）に示すように、圧電体層２８が形成された振動板２１の一面に上電極層２９及び個別上電極層３９となる薄膜を製膜し、フォトリソグラフィ技術により上電極層２９及び個別上電極層３９をパターニングする。これにより圧電体素子本体１９が形成される。

そして、圧電体素子本体１９が形成されたならば、この圧電体素子本体１９が形成された振動板２１の一面に保護膜４３となる薄膜を製膜し、図６（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ技術により保護膜４３をパターニングする。これにより、上電極層２９と個別上電極層３９との間に保護膜４３が形成される。なお、このとき、保護膜４３の一部と上電極層２９の一部及び個別上電極層３９の一部とが、重なってもよい。この場合、保護膜４３と上電極層２９或いは個別上電極層３９との重なった部分は、そのままにしておいても良いが、この重なった部分の保護膜４３のみをエッチングにより除去することもできる。また、保護膜４３の厚さをエッチングにより調整することで、上電極層２９及び個別上電極層３９の厚さと揃えることもできる。

続いて、図６（ｅ）に示すように、保護膜４３が形成された振動板２１の一面に共通密着層３５及び個別密着層４５となる薄膜を製膜し、更にその上に共通金属層３０及び個別金属層４０となる薄膜を製膜する。最後に、図６（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィ技術により両薄膜を共通金属層３０及び個別金属層４０の形状にパターニングする。これにより、上電極層２９の一側の端部から保護膜４３の他側の端部に亘って共通密着層３５ｂ及び共通金属層３０ｂが積層されると共に、リード電極部４１に個別密着層４５及び個別金属層４０が積層される。なお、圧電素子の製造方法は、上記した方法に限られず、上電極層２９の一側の端部から外れた領域における共通密着層３５ｂと圧電体層２８との間に保護膜４３が形成できれば、どのような方法であってもよい。

ところで、上記実施形態では、一側の共通密着層３５ｂの一側の端部と圧電体層２８との間に保護膜４３を形成したが、これには限られない。例えば、他側の共通密着層の端部を上電極層の他側の端部を越えて外側（圧力室とは反対側）まで延在させ、上電極層の他側の端部から外れた領域における共通密着層と圧電体層との間に保護膜を形成するように構成してもよい。また、上記実施形態では、圧力室２２（圧力室空間）の形状が、平面視において台形状を呈していたが、これには限られない。例えば、平行四辺形状や長方形状等の種々の形状を採用することができる。さらに、上記実施形態では、圧力室空間を長手方向に区画する内壁が、圧力室形成基板１５の上下面に対して傾斜した斜面になっていたが、これには限られない。例えば、圧力室空間を区画する内壁が、圧力室形成基板の上下面に対して直交するように構成してもよい。また、上記実施形態では、圧電体層２８の開口部２８ａが、平面視において六角形状を呈していたが、これには限られない。例えば、平行四辺形状や長方形状等の種々の形状を採用することができる。

そして、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有するものであれば、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。

また、本発明は、液体噴射ヘッド或は液体噴射装置にアクチュエーターとして用いられるものには限られず、例えば、各種センサー等に使用される圧電素子等にも適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，１４…アクチュエーターユニット，１５…圧力室形成基板，１６…ノズルプレート，１７…弾性膜，１８…絶縁体膜，１９…圧電素子本体，２０…封止板，２１…振動板，２２…圧力室，２３…連通部，２５…ノズル，２７…下電極層，２８…圧電体層，２８ａ…開口部，２９…上電極層，３０…共通金属層，３５…共通密着層，３７…接着剤，３９…個別上電極層，４０…個別金属層，４１…リード電極部，４３…保護膜，４５…個別密着層

Claims (4)

1. 撓み変形が許容される第１の領域と、該第１の領域の外側であって撓み変形が阻害される第２の領域とからなる支持体と、
   前記支持体の前記第１の領域上に第１の電極層、圧電体層、および第２の電極層がこの順に積層されてなる複数の圧電素子本体と、
   前記第２の電極層上に密着層を介して積層される金属層と、
   を備え、
   前記第１の電極層は、複数の前記圧電素子本体毎に個別に形成され、
   前記第２の電極層は、複数の前記圧電素子本体に共通に形成され、
   前記圧電素子本体の一部は前記第２の領域まで延設されると共に、当該延設側の領域において、前記圧電体層の端部は第２の電極層の端部よりも外側に延設され、
   前記金属層及び前記密着層は、前記延設側の領域において、前記第１の領域に重なる位置から第２の電極層の端部を超えて前記第２の領域まで延設され、
   前記第２の電極層から外れた領域における前記密着層と前記圧電体層との間に絶縁性を有する保護膜が形成されたことを特徴とする圧電素子。
2. 前記第２の領域まで延設された前記圧電体層上に、前記第１の電極層に導通されると共に前記第２の電極層とは間隔を空けて個別電極層が前記圧電素子本体毎に個別に形成され、
   前記個別電極層上に個別密着層を介して個別金属層が積層され、
   前記個別金属層及び前記個別密着層は、前記個別電極層の端部を超えて当該個別電極層と前記第２の電極層との間の領域まで延設され、
   前記個別電極層と前記第２の電極層との間の領域において、前記密着層と前記圧電体層との間、及び、前記個別密着層と前記圧電体層との間に、絶縁性を有する保護膜が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の圧電素子を備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項３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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