JP6582919B2 - Ｍｅｍｓデバイス、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体の噴射等に使用されるＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置に関するものであり、特に、第１の電極層、誘電体層、及び、第２の電極層が順次積層されて成る積層構造体を備えたＭＥＭＳデバイス、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置に関するものである。

第１の電極層、誘電体層、及び、第２の電極層が順次積層されて成る積層構造体を備えたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスは、各種の装置（例えば、液体噴射装置やセンサー等）に応用されている。例えば、ＭＥＭＳデバイスの一種である液体噴射ヘッドにおいては、上記した積層構造体の一種である圧電素子、液体を噴射するノズル、ノズルに連通する圧力室等が設けられている。このような液体噴射ヘッドが搭載される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。

上記した液体噴射ヘッドは、第１の電極層、第２の電極層との間に挟まれた誘電体層の一種である圧電体層が両電極層への電圧（電気信号）の印加により駆動される。そして、この駆動により圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルから液体を噴射するように構成されている。すなわち、両電極層及びこれらに挟まれた部分が、圧力室に圧力変動を生じさせる圧電素子として機能する。また、このような液体噴射ヘッドとしては、圧電体層よりも上方に積層された第２の電極層の端部に、配線基板等に接続される第３の電極層が積層され、圧電体層及び第１の電極層がこの第３の電極層よりも外側（駆動領域とは反対側）まで延在された構成を有するものがある（特許文献１参照）。

特開２００４―１３６６６３号公報

ところで、上記のような構成において、両電極間に電界が形成される領域の端部、すなわち第２の電極層の端部における誘電体層が、当該第２の電極層の端部に流れるリーク電流により破壊される虞があった。具体的には、第２の電極層の端部において焼損が起こる虞があった。

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、誘電体層に積層された第２の電極層の端部における焼損等の破損が抑制されたＭＥＭＳデバイス、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ＭＥＭＳ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、第１の電極層、第１の誘電体層、及び第２の電極層がこの順に積層された積層構造体を有する駆動領域を備え、
前記積層構造体は、前記駆動領域から当該駆動領域よりも外側の非駆動領域まで延在され、且つ、当該延在方向において前記第１の電極層及び前記第１の誘電体層は、前記第２の電極層よりも外側まで延在され、
前記延在方向における前記第２の電極層の端を覆う第２の誘電体層が、前記非駆動領域における前記第２の電極層、及び、当該第２の電極層よりも前記延在方向の外側に形成された前記第１の誘電体層に積層され、
前記第２の電極層と電気的に接続された第３の電極層が、前記第２の誘電体層、及び、当該第２の誘電体層から外れた領域における前記第２の電極層に積層され、
前記延在方向において、前記第２の電極層の端は、前記第３の電極層の前記第２の誘電体層側の端よりも前記駆動領域側に形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、第２の電極層の端よりも外側の領域における第１の誘電体層に、第２の誘電体層と第３の電極層が積層されるため、当該領域における第１の電極層と第３の電極層との間にかかる電圧を第１の誘電体層と第２の誘電体層とに分圧できる。これにより、この領域における第１の誘電体層にかかる電界強度を、第１の電極層と第２の電極層との間に挟まれた第１の誘電体層にかかる電界強度よりも弱くすることができる。その結果、第１の誘電体層にリーク電流が流れることを抑制でき、第１の誘電体層が破損することを抑制できる。

上記構成において、前記積層構造体の積層方向に直交し、且つ前記延在方向に直交する方向において、前記第２の誘電体層と重なった前記第３の電極層の寸法は、前記第１の電極層の寸法よりも大きいことが望ましい。

この構成によれば、延在方向における第２の電極層の端が、第２の誘電体層及び第３の電極層により確実に覆われるため、第１の誘電体層にリーク電流が流れることを一層抑制できる。

また、上記各構成のＭＥＭＳデバイスは、前記駆動領域により少なくとも一部が区画された圧力室と、前記圧力室に連通するノズルと、を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記第１の誘電体層が圧電体層であり、
前記第２の誘電体層が樹脂であることを特徴とする。

この構成によれば、リーク電流が流れることによる圧電体層の破壊を抑制でき、液体噴射ヘッドの信頼性を向上させることができる。

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。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 アクチュエーターユニットの構成を説明する断面図である。 アクチュエーターユニットの要部を拡大した断面図である。 アクチュエーターユニットの構成を説明する平面図である。 第２の実施形態におけるアクチュエーターユニットの構成を説明する平面図である。

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、ＭＥＭＳデバイスの一つのカテゴリーである液体噴射ヘッド、特に、液体噴射ヘッド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）３を例に挙げて説明する。

記録ヘッド３を搭載した液体噴射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）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）の表面に対してインク（液体の一種）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、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。したが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。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー（図示せず）によって検出される。リニアエンコーダーは、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。

次に記録ヘッド３について説明する。図２は、記録ヘッド３の構成を説明する断面図である。図３は、記録ヘッド３の要部を拡大した断面図、すなわちアクチュエーターユニット１４の断面図である。図４は、アクチュエーターユニット１４の要部（図３における左側の圧電素子３２の端部）を拡大した断面図である。図５は、アクチュエーターユニット１４の要部を拡大した平面図である。なお、便宜上、アクチュエーターユニット１４を構成する各部材の積層方向を上下方向として説明する。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、アクチュエーターユニット１４及び流路ユニット１５が積層された状態でヘッドケース１６に取り付けられている。

ヘッドケース１６は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には各圧力室３０にインクを供給する液体導入路１８が形成されている。この液体導入路１８は、後述する共通液室２５と共に、複数形成された圧力室３０に共通なインクが貯留される空間である。本実施形態においては、２列に並設された圧力室３０の列に対応して液体導入路１８が２つ形成されている。また、ヘッドケース１６の下面側には、当該下面からヘッドケース１６の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空間１７が形成されている。後述する流路ユニット１５がヘッドケース１６の下面に位置決めされた状態で接合されると、連通基板２４に積層されたアクチュエーターユニット１４、及び、配線基板３３が収容空間１７内に収容されるように構成されている。

ヘッドケース１６の下面に接合される流路ユニット１５は、複数のノズル２２が列状に開設されたノズルプレート２１、及び共通液室２５等が設けられた連通基板２４を有している。列状に開設された複数のノズル２２（ノズル列）は、一端側のノズル２２から他端側のノズル２２までドット形成密度に対応したピッチで等間隔に設けられている。共通液室２５は、複数の圧力室３０に共通の流路として圧力室３０の並設方向（ノズル列方向）に沿って長尺に形成されている。各圧力室３０と共通液室２５とは、連通基板２４に形成された個別連通路２６を介して連通する。すなわち、共通液室２５内のインクが、個別連通路２６を介して各圧力室３０に分配される。また、ノズル２２とこれに対応する圧力室３０とは、連通基板２４を板厚方向に貫通したノズル連通路２７を介して連通する。

アクチュエーターユニット１４は、図２及び図３に示すように、圧力室形成基板２９、振動板３１、圧電素子３２、配線基板３３及び駆動ＩＣ３４がこの順に積層され、ユニット化されている。そして、ユニット化された状態で、収容空間１７内に収容されている。

圧力室形成基板２９は、シリコン製の硬質な板材であり、例えば、表面（上面および下面）を（１１０）面としたシリコン単結晶基板から作製されている。この圧力室形成基板２９には、エッチングにより一部が板厚方向に除去されて、圧力室３０となるべき空間がノズル列方向に沿って複数形成されている。この空間は、下側が連通基板２４により区画され、上側が振動板３１により区画されて、圧力室３０を構成する。また、この空間、すなわち圧力室３０は、２列に形成されたノズル列に対応して２列に形成されている。各圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺に形成され、長手方向の一側の端部に個別連通路２６が連通し、他側の端部にノズル連通路２７が連通する。なお、本実施形態における圧力室３０の側壁は、シリコン単結晶基板の結晶性に起因して、圧力室形成基板２９の上面（或いは下面）に対して傾斜している。

振動板３１は、弾性を有する薄膜状の部材であり、圧力室形成基板２９の上面（連通基板２４とは反対側の面）に積層されている。この振動板３１によって、圧力室３０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、振動板３１によって、圧力室３０の一部である上面が区画されている。この振動板３１における圧力室３０の上面を区画する領域は、圧電素子３２の撓み変形に伴ってノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変形（変位）する変位部として機能する。すなわち、振動板３１における圧力室３０の一部、具体的には上面を区画する領域が、撓み変形が許容される駆動領域３５となる。一方、振動板３１における圧力室３０の上部開口から外れた領域（駆動領域３５から外れた領域）は撓み変形が阻害される非駆動領域３６となる。なお、振動板３１は、例えば、圧力室形成基板２９の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる誘電体膜と、により形成される。そして、この絶縁膜上（振動板３１の圧力室３０側とは反対側の面）における駆動領域３５に対応する位置に圧電素子３２がそれぞれ積層されている。

本実施形態の圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２は、２列に並設された圧力室３０の列に対応して２列に並設されている。各圧電素子３２は、図３に示すように、振動板３１上に、下電極層３７（本発明における第１の電極層に相当）、誘電体（絶縁体）の一種である圧電体層３８（本発明における第１の誘電体層に相当）、上電極層３９（本発明における第２の電極層に相当）が順次積層されてなる。すなわち、圧電素子３２は、下電極層３７、圧電体層３８、及び、上電極層３９からなる積層構造体の一種である。本実施形態では、下電極層３７が圧電素子３２毎に独立して形成された個別電極となっており、上電極層３９が複数の圧電素子３２に亘って連続して形成された共通電極となっている。すなわち、図５に示すように、下電極層３７及び圧電体層３８は、圧力室３０毎に形成されている。一方、上電極層３９は、複数の圧力室３０に亘って形成されている。また、本実施形態では、図３に示すように、圧力室３０の列が２列に並設されているため、これに対応して下電極層３７及び圧電体層３８が２列に並設されている。さらに、上電極層３９は、一方（例えば、図３中、左側）の圧力室３０の列に対応する位置から他方（例えば、図３中、右側）の圧力室３０の列に対応する位置に亘って形成されている。なお、圧電素子３２を構成する各層３７、３８、３９の形状に関しては、後で詳しく説明する。

また、図２及び図３に示すように、圧電素子３２の延在方向の一側の端における各圧電素子３２上、あるいは各圧電素子３２から延在した圧電体層３８上には、配線基板３３の圧電素子側端子４９と接続される樹脂コアバンプ４２が形成されている。本実施形態では、樹脂コアバンプ４２として、上電極層３９に導通する共通バンプ４２ａと、下電極層３７に導通する個別バンプ４２ｂとが形成されている。いずれの樹脂コアバンプ４２も、誘電体の一種である合成樹脂からなる樹脂部４３（本発明における第２の誘電体層に相当）と、金属からなる導電層４４（本発明における第３の電極層に相当）とが積層されてなる。なお、樹脂コアバンプ４２を構成する各層４３、４４の形状に関しては、後で詳しく説明する。また、圧電素子３２の延在方向の他側の端における上電極層３９上には、導電層４４と同じ金属からなる金属錘層４０が形成されている。この金属錘層４０は、圧電素子３２の長手方向において、駆動領域３５の他側の端部と重なる領域から圧電体層３８の他側の端より外側の非駆動領域３６と重なる領域まで延在されている。

配線基板３３は、図３に示すように、樹脂コアバンプ４２を介在させた状態で、圧力室形成基板２９（詳しくは、振動板３１が積層された圧力室形成基板２９）に接続された平板状の基板である。配線基板３３と振動板３１との間には、圧電素子３２の変形阻害しない程度の空間が形成される。本実施形態では、配線基板３３と圧力室形成基板２９とは、熱硬化性及び感光性の両方の特性を有する接着剤４８により接合されている。この配線基板３３の上面（駆動ＩＣ３４側の面）には、駆動ＩＣ３４のバンプ５１が接続される駆動ＩＣ側端子５０が形成されている。また、配線基板３３の下面（振動板３１側の面）には、樹脂コアバンプ４２が接続される圧電素子側端子４９が形成されている。この圧電素子側端子４９には、共通バンプ４２ａと対向する位置に形成された当該共通バンプ４２ａと接続される圧電素子側共通端子４９ａと、個別バンプ４２ｂと対向する位置に形成された当該個別バンプ４２ｂと接続される圧電素子側個別端子４９ｂとがある。いずれの圧電素子側端子４９も、樹脂コアバンプ４２が押し当てられて当該樹脂コアバンプ４２が弾性変形することで、樹脂コアバンプ４２の導電層４４が導通する。さらに、配線基板３３には、当該配線基板３３を板厚方向に貫通して圧電素子側端子４９（或いは、圧電素子側端子４９に接続される下面側の配線）と、これに対応する駆動ＩＣ側端子５０（或いは、駆動ＩＣ側端子５０に接続される上面側の配線）とを接続する貫通配線４６が形成されている。

駆動ＩＣ３４は、圧電素子３２を駆動するための信号を出力するＩＣチップであり、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）等の接着剤（図示せず）を介して配線基板３３の上面に積層されている。図３に示すように、この駆動ＩＣ３４の配線基板３３側の面には、駆動ＩＣ側端子５０に接続されるバンプ５１が形成されている。各バンプ５１は、駆動ＩＣ３４の下面から配線基板３３側に向けて突設されている。

そして、上記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からのインクを液体導入路１８、共通液室２５、個別連通路２６等を介して圧力室３０に導入する。この状態で、駆動ＩＣ３４からの駆動信号を、配線基板３３に形成された配線等により中継して圧電素子３２に供給することで、圧電素子３２を駆動させて圧力室３０に圧力変動を生じさせる。この圧力変動を利用することで、記録ヘッド３はノズル連通路２７を介してノズル２２からインク滴を噴射する。

次に、圧電素子３２を構成する各層３７、３８、３９に関して詳しく説明する。図５に示すように、本実施形態における下電極層３７は、駆動領域３５（圧力室３０）の幅（ノズル列方向における寸法）よりも狭い幅で圧力室３０の長手方向（ノズル列に直交する方向）に沿って延在されている。本実施形態では、駆動領域３５の端部から非駆動領域３６まで延在された下電極層３７の幅が駆動領域３５の中央部に形成された下電極層３７の幅よりも狭く（小さく）形成されている。換言すると、下電極層３７の端部における幅は、中央部における幅よりも狭くなっている。なお、この下電極層３７の端部における幅は、後述するように、樹脂コアバンプ４２（詳しくは、樹脂コアバンプ４２の導電層４４）の幅よりも狭くなっている。また、図３に示すように、下電極層３７の延在方向（長手方向）における両端は、駆動領域３５から非駆動領域３６まで延在されている。具体的には、本実施形態における下電極層３７の一側（アクチュエーターユニット１４における外側）の端は、同側における圧電体層３８の端よりも外側まで延在されている。この圧電体層３８の端よりも外側の下電極層３７には、個別バンプ４２ｂの導電層４４が積層されている。また、下電極層３７の延在方向における他側（アクチュエーターユニット１４における内側）の端は、同側における駆動領域３５の端と圧電体層３８の端との間の非駆動領域３６まで延在されている。

また、本実施形態における圧電体層３８は、図５に示すように、駆動領域３５の幅よりも狭い幅で圧力室３０の長手方向に沿って延在されている。この圧電体層３８の延在方向（長手方向）における両端は、図３に示すように、駆動領域３５から非駆動領域３６まで延在されている。具体的には、本実施形態における圧電体層３８の一側の端は、同側における駆動領域３５の端（より詳しくは、上電極層３９の端）と下電極層３７の端との間の非駆動領域３６まで延在されている。すなわち、長手方向において下電極層３７及び駆動領域３５は、上電極層３９よりも外側まで延在されている。そして、この非駆動領域３６であって上電極層３９よりも外側の圧電体層３８の端部には、個別バンプ４２ｂが積層されている。また、圧電体層３８の延在方向における他側の端は、同側における下電極層３７の端よりも外側まで延在されている。

さらに、本実施形態における上電極層３９は、図５に示すように、ノズル列方向において、その両端が一群の圧力室３０の列と重なる領域よりも外側まで延在されている。また、上電極層３９は、図３に示すように、圧力室３０の長手方向において、アクチュエーターユニット１４における一端側の非駆動領域３６から他端側の非駆動領域３６に亘って形成されている。具体的には、上電極層３９の延在方向における一側の端は、２列に並設された圧電体層３８のうち一方（例えば、図３中、左側）の圧電体層３８と重なる領域であって、一方の駆動領域３５よりも外側の非駆動領域３６まで延在されている。より詳しくは、上電極層３９の延在方向における一側の端は、一方の駆動領域３５の外側の端と一方の圧電体層３８の外側の端との間の領域まで延在されている。また、上電極層３９の延在方向における他側の端は、２列に並設された圧電体層３８のうち他方（例えば、図３中、右側）の圧電体層３８と重なる領域であって、他方の駆動領域３５よりも外側の非駆動領域３６まで延在されている。より詳しくは、上電極層３９の延在方向における他側の端は、他方の駆動領域３５の外側の端と他方の圧電体層３８の外側の端との間の領域まで延在されている。

そして、下電極層３７、圧電体層３８及び上電極層３９の全てが積層された領域、換言すると下電極層３７と上電極層３９との間に圧電体層３８が挟まれた領域が、圧電素子３２として機能することになる。すなわち、下電極層３７と上電極層３９との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、駆動領域３５における圧電体層３８がノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形し、駆動領域３５の振動板３１を変形させる。一方、圧電素子３２のうち非駆動領域３６と重なる部分は、圧力室形成基板２９により変形（変位）が阻害される。本実施形態における圧電素子３２の長手方向における一側の端には、当該端を跨ぐ（覆う）ように共通バンプ４２ａが積層されている。この共通バンプ４２ａの導電層４４は、上電極層３９と電気的に接続され、且つ上電極層３９よりも外側まで延在されているため、上電極層３９の端を越えた外側の圧電体層３８まで、電界が付与される。なお、この点に関しては、詳しくは後述する。

なお、上記した下電極層３７及び上電極層３９としては、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）等の各種金属、及び、これらの合金やＬａＮｉＯ３等の合金等が用いられる。また、圧電体層３８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（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ビスマス（Ｂｉ）又はイットリウム（Ｙ）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できる。

次に、圧電素子３２上及び圧電体層３８上において、配線基板３３側に向けて突設された樹脂コアバンプ４２について説明する。本実施形態においては、図３に示すように、樹脂コアバンプ４２として、圧電素子３２の延在方向における端部に形成された、圧電素子側共通端子４９ａと接続される共通バンプ４２ａと、この共通バンプ４２ａよりも外側の圧電体層３８上に形成された、圧電素子側個別端子４９ｂに接続される個別バンプ４２ｂとが形成されている。これらの樹脂コアバンプ４２の表面は、圧力室３０の長手方向における断面視で配線基板３３側に向けて円弧状に湾曲して形成されている。なお、樹脂部４３としては、例えば、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等からなる弾性を有する合成樹脂（単に樹脂ともいう。）が用いられる。また、導電層４４としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、及び、これらの合金等が用いられる。なお、導電層４４が金（Ａｕ）等からなる場合には、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及び、これらの合金等からなる密着層を導電層４４の下方に設けても良い。

本実施形態における個別バンプ４２ｂの樹脂部４３は、図３に示すように、下電極層３７の延在方向（圧力室３０の長手方向）において、上電極層３９の一側の端よりも外側の圧電体層３８に積層されている。また、図５に示すように、個別バンプ４２ｂの樹脂部４３は、ノズル列方向において、同方向に並設された一群の圧電素子３２の列よりも外側まで延在されている。すなわち、個別バンプ４２ｂの樹脂部４３は、各圧電素子３２から延在された複数の下電極層３７に亘って形成されている。この樹脂部４３の表面に積層された個別バンプ４２ｂの導電層４４は、図５に示すように、各圧電素子３２の個別電極である下電極層３７に対応して、下電極層３７毎に形成されている。換言すると、個別バンプ４２ｂは圧電素子３２毎に個別に形成されている。また、本実施形態における個別バンプ４２ｂの導電層４４の幅（ノズル列方向における寸法）Ｗｂ１は、この導電層４４と重なる位置における下電極層３７の幅Ｗｅよりも広く（大きく）形成されている。すなわち、個別バンプ４２ｂの幅Ｗｂ１は、非駆動領域３６における下電極層３７の幅Ｗｅよりも広く（大きく）形成されている。さらに、本実施形態における個別バンプ４２ｂの導電層４４は、図３及び図５に示すように、下電極層３７の延在方向において、個別バンプ４２ｂの樹脂部４３と重なる位置から一側の圧電体層３８の端よりも外側に形成された下電極層３７と重なる位置まで延在されている。これにより、個別バンプ４２ｂの導電層４４は、下電極層３７と電気的に接続される。

本実施形態における共通バンプ４２ａの樹脂部４３は、図３及び図４に示すように、下電極層３７の延在方向において、非駆動領域３６における上電極層３９の一側の端を跨いで、当該上電極層３９の一側の端部、及び、当該上電極層３９の一側の端部よりも外側に形成された圧電体層３８に積層されている。すなわち、共通バンプ４２ａの樹脂部４３は、下電極層３７の延在方向において、上電極層３９の一側の端部から圧電体層３８に亘って形成され、上電極層３９の一側の端を覆っている。また、図５に示すように、共通バンプ４２ａの樹脂部４３は、個別バンプ４２ｂの樹脂部４３と同様に、ノズル列方向において、同方向に並設された一群の圧電素子３２の列よりも外側まで延在されている。この樹脂部４３の表面に積層された共通バンプ４２ａの導電層４４は、図３〜図５に示すように、圧電素子３２に対応する位置において、共通バンプ４２ａの樹脂部４３と重なる位置から当該樹脂部４３から外れた領域における上電極層３９と重なる位置まで、下電極層３７の延在方向に沿って延在されている。これにより、共通バンプ４２ａの導電層４４は、上電極層３９と電気的に接続される。より詳しくは、下電極層３７の延在方向において、圧電素子３２に対応する位置に形成された共通バンプ４２ａの導電層４４は、共通バンプ４２ａの樹脂部４３の一側の端と上電極層３９の一側の端との間の領域から、駆動領域３５における上電極層３９の一側の端部と重なる領域まで延在されている。すなわち、下電極層３７の延在方向において、上電極層３９の一側の端は、共通バンプ４２ａの導電層４４の一側（共通バンプ４２ａの樹脂部４３側）の端よりも他側（駆動領域３５側）に形成されている。

このように、下電極層３７の延在方向において、共通バンプ４２ａの樹脂部４３が上電極層３９の一側の端を覆うと共に、上電極層３９と電気的に接続された共通バンプ４２ａの導電層４４が圧電素子３２に対応する位置の共通バンプ４２ａの樹脂部４３に積層され、且つ上電極層３９の一側の端が、共通バンプ４２ａの導電層４４の一側の端よりも他側に形成されたので、上電極層３９の一側の端において、リーク電流が流れることに起因して圧電体層３８及び上電極層３９等が破壊されることを抑制できる。すなわち、圧電体層３８の上方に積層される電極の端であって、下電極層３７と共に圧電体層３８に電界を形成する領域の端が、上電極層３９の端から共通バンプ４２ａの導電層４４の端に移るため、上電極層３９の端からリーク電流が流れることを抑制できる。そして、上電極層３９の端よりも外側であって共通バンプ４２ａの導電層４４が形成された領域には、当該導電層４４と圧電体層３８の間に誘電体である樹脂部４３が形成されたので、当該領域における下電極層３７と導電層４４との間にかかる電圧を圧電体層３８と樹脂部４３とに分圧できる。これにより、この領域における圧電体層３８にかかる電界強度を、下電極層３７と上電極層３９との間に挟まれた圧電体層３８にかかる電界強度よりも弱くすることができる。その結果、共通バンプ４２ａの導電層４４の端部における耐圧を高めることができ、圧電体層３８にリーク電流が流れることを抑制できる。従って、圧電素子３２の端部における圧電体層３８の破損等を抑制でき、記録ヘッド３の信頼性、ひいてはプリンター１の信頼性を向上させることができる。

具体的には、下電極層３７と上電極層３９（上電極層３９と導通される共通バンプ４２ａの導電層４４）との間にかかる電圧（すなわち、下電極層３７と上電極層３９との間の電位差）をＶ、圧電体層３８の単位面積当たりの静電容量をＣ１、樹脂部４３の単位面積当たりの静電容量をＣ２としたとき、電極層３９の端よりも外側であって共通バンプ４２ａの導電層４４が形成された領域における圧電体層３８の積層方向にかかる電圧Ｖ１は、以下の式となる。
Ｖ１＝（Ｃ２×Ｖ）／（Ｃ１＋Ｃ２）
この式から分かるように、樹脂部４３の単位面積当たりの静電容量Ｃ２が小さいほど、圧電体層３８の積層方向にかかる電圧Ｖ１が小さくなる。すなわち、樹脂部４３の単位面積当たりの静電容量Ｃ２を小さくすることで、圧電素子３２の端部（下電極層３７と導電層４４との間に圧電体層３８と樹脂部４３とが挟まれた領域）における耐圧を高めることができる。このため、樹脂部４３の単位体積当たりの静電容量がなるべく小さくなるように構成することが望ましい。

例えば、圧電素子３２の端部における耐圧を、従来の圧電素子の端部の構成、すなわち、下電極層３７と上電極層３９との間に挟まれた圧電体層３８が挟まれた領域の耐圧に比べて、２倍以上にするためには、圧電体層３８の膜厚をｄ１、圧電体層３８の比誘電率をε１、樹脂部４３の膜厚をｄ２、樹脂部４３の比誘電率をε２としたとき、以下の式を満たせばよい。
ｄ２／ｄ１≧ε２／ε１
例えば、圧電体層３８の膜厚ｄ１が１０００ｎｍ、圧電体層３８の比誘電率ε１が１６００、樹脂部４３の比誘電率ε２が４の場合、樹脂部４３の膜厚ｄ２が約２．５ｎｍ以上であれば、圧電素子３２の端部における耐圧が従来の構成の２倍以上となる。

ところで、上記したようなリーク電流による破壊は、圧電素子３２を駆動領域３５に備えた記録ヘッド３に限られない。２つの電極層、及び、これらの間に挟まれた誘電体層（絶縁体層）を有するその他のＭＥＭＳデバイスにおいても同様の破壊が起こり得る。すなわち、駆動しない誘電体層においても、誘電体層に積層された電極層の端部からリーク電流が流れることによって破損が起きる虞がある。このため、記録ヘッド３以外のＭＥＭＳデバイスであっても、上記した実施形態と同様の構成、すなわち、電極層の延在方向において、樹脂部が誘電体層上に積層された電極層の一側の端を覆うと共に、当該電極層と電気的に接続された導電層が誘電体層に対応する位置の樹脂部に積層され、且つ電極層の端が導電層の端よりも駆動領域側に形成された構成を採用することが望ましい。

なお、本実施形態における共通バンプ４２ａの導電層４４は、図５に示すように、共通バンプ４２ａとなる領域、すなわち共通バンプ４２ａの樹脂部４３と重なる領域において、圧電素子３２毎に個別に形成されている。換言すると、共通バンプ４２ａは圧電素子３２毎に個別に形成されている。一方、各導電層４４のうち共通バンプ４２ａから外れて上電極層３９上に延在された部分は、ノズル列方向に延在され、一連の導電層４４を形成する。すなわち、上電極層３９に積層された導電層４４は、当該上電極層３９と同様に、複数の圧電素子３２に亘って形成されている。要するに、導電層４４は、上電極層３９上において複数の圧電素子３２に亘って形成され、そのうちの各圧電素子３２に対応する一部が、樹脂部４３側に延在されて共通バンプ４２ａを構成する。そして、図５に示すように、この共通バンプ４２ａを構成する部分の導電層４４、すなわち共通バンプ４２ａの幅Ｗｂ２は、当該共通バンプ４２ａと重なる位置における下電極層３７の幅Ｗｅよりも広く形成されている。換言すると、圧電素子３２の積層方向に直交し、且つ圧電素子３２の延在方向に直交する方向において、共通バンプ４２ａの樹脂部４３と重なった導電層４４の寸法Ｗｂ２は、下電極層３７の寸法Ｗｅよりも大きく形成されている。これにより、圧電素子３２に対応する位置における上電極層３９の一側の端、すなわち圧電素子３２の一側の端を樹脂部４３及び導電層４４で確実に覆うことができる。その結果、圧電体層３８にリーク電流が流れることを一層抑制でき、圧電体層３８が破損することを一層抑制できる。なお、本実施形態においては、個別バンプ４２ｂの導電層４４の幅Ｗｂ１と共通バンプ４２ａの幅Ｗｂ２とは、ほぼ同じ幅に揃えられており、それぞれ非駆動領域３６における下電極層３７の幅Ｗｅよりも広く形成されている。

ところで、上記した第１の実施形態では、共通バンプ４２ａ（詳しくは、樹脂部４３と重なる領域の導電層４４）を、圧電素子３２毎に形成したが、これには限られない。共通バンプ４２ａを、複数の圧電素子３２に亘って形成してもよい。例えば、図６に示す第２の実施形態では、共通バンプ４２ａの樹脂部４３に積層された導電層４４も、上電極層３９に積層された導電層４４と同様に複数の圧電素子３２に亘って形成されている。具体的には、共通バンプ４２ａの樹脂部４３、及び、この樹脂部４３に積層された導電層４４、並びに、この樹脂部４３から外れて上電極層３９に積層された導電層４４は、ノズル列方向（圧電素子３２の並設方向）において、その両端が一群の圧電素子３２の列と重なる領域よりも外側まで延在されている。すなわち、共通バンプ４２ａの両端は、一群の圧電素子３２の列と重なる領域よりも外側まで延在されている。このため、共通バンプ４２ａの幅（ノズル列方向における寸法）は、当然、下電極層３７の幅よりも広くなる。なお、共通バンプ４２ａが接続される配線基板の圧電素子側共通端子も当該共通バンプ４２ａに合わせて、ノズル列方向に延在されている。このため、共通バンプ４２ａと圧電素子側共通端子との接続箇所も、複数の圧電素子３２に亘って形成されることになる。

また、本実施形態においても、下電極層３７の延在方向において、共通バンプ４２ａの導電層４４は、共通バンプ４２ａの樹脂部４３の一側の端と上電極層３９の一側の端との間の領域から、駆動領域３５における上電極層３９の一側の端部と重なる領域まで延在されている。さらに、本実施形態においても、共通バンプ４２ａの樹脂部４３は、下電極層３７の延在方向において、上電極層３９の一側の端部から圧電体層３８に亘って形成され、上電極層３９の一側の端を覆っている。すなわち、下電極層３７の延在方向において、共通バンプ４２ａの樹脂部４３が上電極層３９の一側の端を覆うと共に、上電極層３９と電気的に接続された共通バンプ４２ａの導電層４４が圧電素子３２に対応する位置の共通バンプ４２ａの樹脂部４３に積層され、且つ上電極層３９の一側の端が、共通バンプ４２ａの導電層４４の一側の端よりも他側に形成されている。これにより、リーク電流が流れることによる圧電体層３８及び上電極層３９等の破壊を抑制できる。なお、その他の構成は上記した第１の実施形態と同じであるため説明を省略する。

また、上記した各実施形態では、２列に形成された圧力室３０の列に共通な上電極層３９が１列形成されたが、これには限られない。２列に形成された圧力室の列に対応して、それぞれの圧力室の列に対応する領域に別個に上電極層が形成される構成を採用することもできる。さらに、上記した各実施形態では、圧力室３０や圧電素子３２等が２列に形成されたが、これには限られない。圧力室や圧電素子等は、１列に形成されてもよい。これらの構成において、上電極層の一側の端だけでなく、上電極層の他側の端においても、当該上電極層の他側の端が共通バンプに覆われた構成を採用することができる。すなわち、下電極層の延在方向において、共通バンプの樹脂部が上電極層の他側の端を覆うと共に、上電極層と電気的に接続された共通バンプの導電層が圧電素子に対応する位置の共通バンプの樹脂部に積層され、且つ上電極層の他側の端が、共通バンプの導電層の他側の端よりも一側（駆動領域側）に形成されている構成を採用することができる。

また、上記した各実施形態では、配線基板の圧電素子側端子と接続される樹脂コアバンプで、上電極層の端を覆ったが、これには限られない。例えば、配線基板の圧電素子側端子と接続されるバンプを別個に設け、このバンプとは別に上電極層の端を覆う樹脂を形成し、この樹脂上に上電極層と電気的に接続された電極を配置しても良い。さらに、上記した各実施形態では、下電極層３７が圧電素子３２毎に独立して形成される個別電極、上電極層３９が複数の圧電素子３２に亘って連続して形成された共通電極であったが、これには限られない。下電極層が複数の圧電素子に亘って連続して形成された共通電極、上電極層が圧電素子毎に独立して形成される個別電極となる構成を採用することもできる。この場合、共通電極となる下電極層が本発明における第１の電極層となり、個別電極となる上電極層が本発明における第２の電極層となる。また、この上電極層の端を覆うように形成される個別バンプの樹脂部が本発明における第２の誘電体層となり、この樹脂部及び上電極層の端部上に積層される個別バンプの導電層が本発明における第３の電極層となる。そして、この場合でも、上電極層の延在方向において、上電極層の端は、個別バンプの導電層の樹脂部側の端よりも駆動領域側に形成される。これにより、上電極層の端にリーク電流が流れることによる圧電体層、上電極層等の破壊を抑制できる。

なお、以上においては、圧電素子３２の駆動により当該圧電素子３２が形成された駆動領域３５が変位することでノズル２２から液体の一種であるインクを噴射する構成を例示したが、これには限られず、第１の電極層、第１の誘電体層、及び、第２の電極層がこの順に積層された積層構造体を有する駆動領域を備えたＭＥＭＳデバイスであれば、本発明を適用することが可能である。例えば、駆動領域の圧力変化、振動、あるいは変位等を検出するセンサー等にも本発明を適用することができる。なお、一面が駆動領域で区画される空間は、液体が流通するものには限られない。

また、上記実施形態においては、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッド３を例に挙げて説明したが、本発明は、第１の電極層、圧電体層、及び、第２の電極層がこの順に積層された積層構造体を有する駆動領域を備えた他の液体噴射ヘッド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。ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは液体の一種として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体の一種として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液体の一種として生体有機物の溶液を噴射する。

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…流路ユニット，１６…ヘッドケース，１７…収容空間，１８…液体導入路，２１…ノズルプレート，２２…ノズル，２４…連通基板，２５…共通液室，２６…個別連通路，２７…ノズル連通路，２９…圧力室形成基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…配線基板，３４…駆動ＩＣ，３５…駆動領域，３６…非駆動領域，３７…下電極層，３８…圧電体層，３９…上電極層，４０…金属錘層，４２…樹脂コアバンプ，４２ａ…共通バンプ，４２ｂ…個別バンプ，４３…樹脂部，４４…導電層，４６…貫通配線，４８…接着剤，４９…圧電素子側端子，４９ａ…圧電素子側共通端子，４９ｂ…圧電素子側個別端子，５０…駆動ＩＣ側端子，５１…バンプ

Claims (3)

1. 第１の電極層、第１の誘電体層、及び第２の電極層がこの順に積層された積層構造体を有する駆動領域を備え、
   前記積層構造体は、前記駆動領域から当該駆動領域よりも外側の非駆動領域まで延在され、且つ、当該延在方向において前記第１の電極層及び前記第１の誘電体層は、前記第２の電極層よりも外側まで延在され、
   前記延在方向における前記第２の電極層の端を覆う第２の誘電体層が、前記非駆動領域における前記第２の電極層、及び、当該第２の電極層よりも前記延在方向の外側に形成された前記第１の誘電体層に積層され、
   前記第２の電極層と電気的に接続された第３の電極層が、前記第２の誘電体層、及び、当該第２の誘電体層から外れた領域における前記第２の電極層に積層され、
   前記延在方向において、前記第２の電極層の端は、前記第３の電極層の前記第２の誘電体層側の端よりも前記駆動領域側に形成され、
   前記積層構造体の積層方向に直交し、且つ前記延在方向に直交する方向において、前記第２の誘電体層と重なった前記第３の電極層の寸法は、前記第１の電極層の寸法よりも大きいことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスは、前記駆動領域により少なくとも一部が区画された圧力室と、前記圧力室に連通するノズルと、を備えた液体噴射ヘッドであって、
   前記第１の誘電体層が圧電体層であり、
   前記第２の誘電体層が樹脂であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項２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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