アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置
【課題】複数の駆動部を低抵抗で接続することができるアクチュエーターを提供する。
【解決手段】本発明に係るアクチュエーター１００は、振動板１１０と、振動板１１０の上方に形成された所定の方向に延びる第１導電層１２２と、第１導電層１２２を覆う圧電体層１２４と、圧電体層１２４の上方に形成された第２導電層１２６と、振動板１１０の上方および第２導電層１２６の上方に形成された金属層１３０，１３２と、金属層１３０，１３２と電気的に接続された電極１４０と、を含み、第１導電層１２２、第２導電層１２６、および第１導電層１２２と第２導電層１２６とで挟まれた圧電体層１２４は、駆動部１２０を構成し、駆動部１２０は、前記所定の方向に垂直な方向Ａに複数配列され、金属層１３０，１３２は、複数の第２導電層１２６と交差し、複数の第２導電層１２６と電気的に接続される。
【解決手段】本発明に係るアクチュエーター１００は、振動板１１０と、振動板１１０の上方に形成された所定の方向に延びる第１導電層１２２と、第１導電層１２２を覆う圧電体層１２４と、圧電体層１２４の上方に形成された第２導電層１２６と、振動板１１０の上方および第２導電層１２６の上方に形成された金属層１３０，１３２と、金属層１３０，１３２と電気的に接続された電極１４０と、を含み、第１導電層１２２、第２導電層１２６、および第１導電層１２２と第２導電層１２６とで挟まれた圧電体層１２４は、駆動部１２０を構成し、駆動部１２０は、前記所定の方向に垂直な方向Ａに複数配列され、金属層１３０，１３２は、複数の第２導電層１２６と交差し、複数の第２導電層１２６と電気的に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンター等の液体噴射装置において、インク等の液滴を噴射するために、圧電素子を備えたアクチュエーターが知られている。圧電素子は、例えば、振動板を変位させる駆動部として機能することができる。このようなアクチュエーターでは、複数の圧力室が形成され、圧力室ごとに駆動部が振動板上に配置されている。
【０００３】
複数の駆動部を備えるアクチュエーターでは、一般的に駆動部の一方の電極を個別電極とし、他方の電極を共通電極として複数の駆動部を電気的に接続している。例えば、特許文献１では、上電極膜を個別電極とし、下電極膜を圧力室の長手方向一端部側から周壁上まで延設させ、周壁上で連結させて共通電極とすることで、複数の圧電素子を電気的に接続している。このような複数の駆動部を備えるアクチュエーターでは、複数の駆動部を低抵抗で接続することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、複数の駆動部を低抵抗で接続することができるアクチュエーターを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上述のアクチュエーターを含む液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るアクチュエーターは、
振動板と、
前記振動板の上方に形成された所定の方向に延びる第１導電層と、
前記第１導電層を覆う圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２導電層と、
前記振動板の上方および前記第２導電層の上方に形成された金属層と、
前記金属層と電気的に接続された電極と、
を含み、
前記第１導電層、前記第２導電層、および前記第１導電層と前記第２導電層とで挟まれた前記圧電体層は、駆動部を構成し、
前記駆動部は、前記所定の方向に垂直な方向に複数配列され、
前記金属層は、複数の前記第２導電層と交差し、複数の前記第２導電層と電気的に接続される。
【０００７】
このようなアクチュエーターによれば、前記金属層により、複数の前記第２導電層を電気的に接続することができるため、複数の前記駆動部を低抵抗で接続することができる。
【０００８】
なお、本発明にかかる記載では、「上方」という文言を、たとえば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明にかかる記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００９】
本発明に係るアクチュエーターにおいて、
前記金属層は、複数形成されていることができる。
【００１０】
このようなアクチュエーターによれば、複数の前記駆動部をより低抵抗で接続することができる。
【００１１】
本発明に係るアクチュエーターにおいて、
複数の前記金属層のうちの第１金属層は、前記第２導電層の上方において、前記第２導電層の一方の端面側に位置し、
複数の前記金属層のうちの第２金属層は、前記第２導電層の上方において、前記第２導電層の他方の端面側に位置していることができる。
【００１２】
このようなアクチュエーターによれば、前記第２導電層の端面近傍における前記圧電体層の変形を抑制することができる。
【００１３】
本発明に係るアクチュエーターにおいて、
前記第１金属層は、隣り合う前記駆動部の間に形成され、前記一方の端面側に向かって延びる第１延出部を有し、
前記第１延出部は、前記電極と電気的に接続されていることができる。
【００１４】
このようなアクチュエーターによれば、複数の前記駆動部をより低抵抗で接続することができる。
【００１５】
本発明に係るアクチュエーターにおいて、
前記第２金属層は、隣り合う前記駆動部の間に形成され、前記他方の端面側に向かって延びる第２延出部を有することができる。
【００１６】
このようなアクチュエーターによれば、前記振動板の前記第１延出部周辺のみの剛性が増すことでおこる応力の集中を抑制することができる。
【００１７】
本発明に係るアクチュエーターにおいて、
前記電極、前記第１金属層、および前記第２金属層は、ニッケル−クロム合金と、金と、を積層した構造を有することができる。
【００１８】
このようなアクチュエーターによれば、製造工程を簡易化することができる。
【００１９】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係るアクチュエーターと、
ノズル孔と連通し、アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室と、
を含む。
【００２０】
このような液体噴射ヘッドによれば、本発明に係るアクチュエーターを含むため、複数の前記駆動部を低抵抗で接続することができる。
【００２１】
本発明に係る液体噴射装置は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを含む。
【００２２】
このような液体噴射装置によれば、本発明に係る液体噴射ヘッドを含むため、複数の前記駆動部を低抵抗で接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図２（Ａ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図。
【図２（Ｂ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図２（Ｃ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図２（Ｄ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
１． アクチュエーターおよび液体噴射ヘッド
まず、本実施形態に係るアクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００について説明する。ここでは、アクチュエーター１００の例として、アクチュエーター１００を液体噴射ヘッド１０００に用いた場合について説明する。なお、アクチュエーター１００の用途は、液体噴射ヘッドに限定されない。
【００２６】
図１は、本実施形態に係るアクチュエーター１００を用いた液体噴射ヘッド１０００を模式的に示す分解斜視図である。図２（Ａ）は、液体噴射ヘッド１０００の要部である流路形成板１０、アクチュエーター１００を模式的に示す平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図である。図２（Ｄ）は、図２（Ａ）のＩＩＤ−ＩＩＤ線断面図である。
【００２７】
液体噴射ヘッド１０００は、図１および図２に示すように、アクチュエーター１００と、ノズル孔２１と連通しアクチュエーター１００の動作によって容積が変化する圧力室１１と、を含む。液体噴射ヘッド１０００は、例えば、さらに、流路形成板１０と、ノズル板２０と、封止板４０と、を含むことができる。アクチュエーター１００は、振動板１１０と、駆動部１２０と、金属層（第１金属層１３０，第２金属層１３２）と、電極（以下「共通電極」ともいう）１４０と、リード電極１６０と、を含むことができる。駆動部１２０は、第１導電層１２２と、第２導電層１２６と、第１導電層１２２と第２導電層１２６とで挟まれた圧電体層１２４と、を含むことができる。
【００２８】
流路形成板１０は、圧力室１１を有する。流路形成板１０は、図１に示すように、圧力室１１の側壁を構成する壁部１２を有する。また、流路形成板１０は、圧力室１１と供給路１３および連通路１４を介して連通したリザーバー１５を有していてもよい。リザーバー１５には、貫通孔１６が形成されてもよく、貫通孔１６を通って外部からリザーバー１５内に液体が供給されてもよい。リザーバー１５に液体を供給することによって、供給路１３および連通路１４を介して圧力室１１に液体を供給することができる。圧力室１１の形状は、特に限定されない。圧力室１１の形状は、例えば、平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室１１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。流路形成板１０の材質は、特に限定されない。流路形成板１０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００２９】
ノズル板２０は、図１に示すように、流路形成板１０の下方に形成される。ノズル板２０は、プレート状の部材であって、ノズル孔２１を有する。ノズル孔２１は、圧力室１１に連通するように形成される。ノズル孔２１の形状は、液体を吐出することができれば、特に限定されない。ノズル孔２１を介することで、圧力室１１内の液体を、例えば、ノズル板２０の下方に向けて吐出することができる。また、ノズル孔２１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。ノズル板２０の材質は、特に限定されない。ノズル板２０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００３０】
アクチュエーター１００は、図１に示すように流路形成板１０の上に形成されている。アクチュエーター１００の駆動部１２０は、第１導電層１２２と、第２導電層１２６と、第１導電層１２２と第２導電層１２６とで挟まれた圧電体層１２４と、で構成されている。アクチュエーター１００では、駆動部１２０は、外部駆動回路５０に電気的に接続され、外部駆動回路５０の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１１０は、駆動部１２０の動作によって変位し、圧力室１１の内部圧力を適宜変形させることができる。駆動部１２０は、複数の圧力室１１に１対１に対応して複数配列されている。駆動部１２０は、図２（Ａ）に示すように、第１導電層１２２の長手方向に垂直な第１方向Ａに複数配列されている。
【００３１】
振動板１１０は、図１〜図２に示すように、流路形成板１０の上に形成されている。振動板１１０は、例えば、プレート状の部材である。振動板１１０の構造及び材料は、特に限定されない。図２（Ｂ）の例では、振動板１１０は、第１層１１０ａと、第２層１１０ｂと、からなる。第１層１１０ａとしては、例えば、酸化ジルコニウムを用いることができる。第２層１１０ｂとしては、例えば、酸化シリコンを用いることができる。振動板１１０としては、これに限定されず、例えば、酸化ジルコニウムや酸化シリコンなどの絶縁膜、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜、からなる単層構造、または複数の材料を積層した構造であってもよい。振動板１１０は、駆動部１２０が変形することによって振動（変位）することができる。これにより、下方に形成された圧力室１１の容積を変化させることができる。
【００３２】
第１導電層１２２は、振動板１１０の上方に形成されている。第１導電層１２２は、図２（Ａ）に示すように、第２方向Ｂに延びるように形成されている。第１導電層１２２の材質としては、たとえば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第１導電層１２２は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。また、第１導電層１２２と振動板１１０との間には、たとえば、密着層等が形成されていてもよい。この場合の密着層としては、たとえばチタン層などが挙げられる。第１導電層１２２の厚みは、たとえば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。第１導電層１２２は、図２（Ｃ）に示すように、駆動部１２０を構成する第１導電部１２３ａを有する。第１導電部１２３ａの機能の一つとしては、圧電体層１２４に電圧を印加するための一方の電極（圧電体層１２４の下部に形成された下部電極）となることが挙げられる。第１導電部１２３ａは、振動板１１０の厚み方向から見て、圧電体層１２４を介して第２導電層１２６と重なる領域であることができる。第１導電層１２２は、さらに、第２導電部１２３ｂを有することができる。第２導電部１２３ｂの機能の一つとしては、リード電極１６０と第１導電部１２３ａとを電気的に接続することが挙げられる。図示の例では、第２導電部１２３ｂは、第１導電部１２３ａから開口部１５０側に向かって延びている。なお、アクチュエーター１００は、例えば、振動板１１０の厚み方向から見て、共通電極１４０と重なる領域に金属膜１０１（図２（Ｃ）および図２（Ｄ）参照）を有していてもよい。金属膜１０１は、例えば、いずれの部材とも電気的に接続されていなくてもよい。
【００３３】
圧電体層１２４は、第１導電層１２２を覆うように形成されている。圧電体層１２４は、図２（Ｂ）に示すように、第１導電層１２２の上面および側方、並びに振動板１１０の上方を覆っている。圧電体層１２４と第１導電層１２２との間には、他の層が形成されてもよい。この場合の他の層としては、たとえば圧電体層１２４の結晶の配向を制御するための配向制御層（たとえばチタン層）などが挙げられる。圧電体層１２４の厚さは、たとえば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とすることができる。圧電体層１２４の厚みが前記範囲を外れると、振動板１１０を変形させるために必要な伸縮が得られなくなる場合がある。
【００３４】
圧電体層１２４は、上面１２４ａと、上面１２４ａに接続する側面１２４ｂと、を有する。図２（Ｂ）の例では、圧電体層１２４の上面１２４ａは、平坦な面（平面）であり、振動板１１０の上面と略平行となっている。圧電体層１２４の上面１２４ａは、必ずしも平坦な面には限定されず、下地の第１導電層１２２の形状を反映した凸形状を有してもよい。圧電体層１２４の側面１２４ｂは、圧電体層１２４の上面１２４ａと、振動板１１０の上面とを接続する面である。圧電体層１２４の側面１２４ｂは、一つの平坦な面で構成されてもよいし、複数の平坦な面によって構成されてもよい。また、圧電体層１２４の側面１２４ｂは、曲面を含んで構成されてもよい。
【００３５】
圧電体層１２４は、圧電材料によって形成される。そのため圧電体層１２４は、第１導電層１２２および第２導電層１２６によって電界が印加されることで変形することができる。この変形により振動板１１０は、たわんだり振動したりすることができる。圧電体層１２４は、振動板１１０の厚み方向から見て、第１導電層１２２と、第２導電層１２６とで挟まれた第１領域１２５ａを有する。圧電体層１２４の第１領域１２５ａ、第１導電層１２２、および第２導電層１２６は、駆動部１２０を構成する。駆動部１２０は、圧電体層１２４を２つの導電層１２２，１２６で挟むことでキャパシタを構成し、圧電素子となることができる。圧電体層１２４は、さらに、第２領域１２５ｂを有することができる。第２領域１２５ｂは、圧電体層１２４の第１領域１２５ａ以外の領域であることができる。すなわち、第２領域１２５ｂは、第１導電層１２２および第２導電層１２６によって電界が印加されない領域であることができる。第２領域１２５ｂには、例えば、図２（Ｃ）に示すように、開口部１５０が設けられる。これにより、第１導電層１２２とリード電極１６０とを電気的に接続することができる。
【００３６】
圧電体層１２４の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（たとえば、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような材料の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下、「ＰＺＴ」と略記することがある）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。これらのうち、圧電体層１２４の材質としてＰＺＴは、圧電特性が良好であるため特に好適である。
【００３７】
第２導電層１２６は、圧電体層１２４の上方に形成されている。第２導電層１２６は、圧電体層１２４の上面１２４ａに形成されていることができる。第２導電層１２６は、第２方向Ｂに延びるように形成されている。第２導電層１２６の第２方向Ｂの長さは、図２（Ｃ）に示すように、例えば、第１領域１２５ａの第２方向Ｂの長さと同じである。第２導電層１２６の厚みは、特に限定されない。第２導電層１２６の厚みは、たとえば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。第２導電層１２６の機能の一つは、圧電体層１２４に電圧を印加するための他方の電極（圧電体層１２４の上部に形成された上部電極）となることが挙げられる。第２導電層１２６の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金、タングステン、金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３などを例示することができる。また、第２導電層１２６は、単層でもよいし、複数の層を積層した構造であってもよい。
【００３８】
第２導電層１２６は、圧電体層１２４の上方（上面１２４ａ）に形成されており、圧電体層１２４の側面１２４ｂおよび振動板１１０上には形成されていないことができる。アクチュエーター１００において、電圧印加前の振動板１１０は、上方に位置していることが望ましい。これにより、同一の変位量を得るために必要な振動板１１０の変形を最小限に抑えることができるため、電圧印加時の振動板１１０の変形による破壊を防ぐことができる。しかしながら、ゾルゲル法等で形成された圧電体層１２４は、一般的に引っ張り応力を持つため、電圧印加前の振動板１１０は下方に位置しやすい。ここで、第２導電層１２６は、スパッタ法等で形成されることで、一般的に圧縮応力を持つ。このため、アクチュエーター１００では、第２導電層１２６を、圧電体層１２４の上方に形成することで、圧電体層１２４の引っ張り応力を打ち消し、更には電圧印加前の振動板１１０を上方に位置させるように作用させることができる。さらに、第２導電層１２６を、圧電体層１２４の側面１２４ｂおよび振動板１１０上に形成しないことで、電圧印加前の振動板１１０を下方に位置させるように作用させないことができる。したがって、第２導電層１２６を、圧電体層１２４の上方に形成し、圧電体層１２４の側面１２４ｂおよび振動板１１０上には形成しないことで、電圧印加前の振動板１１０を上方に位置させることができ、電圧印加時の振動板１１０の変形による破壊を防ぐことができる。
【００３９】
金属層１３０，１３２は、複数の駆動部１２０の第２導電層１２６と交差している。図２（Ａ）の例では、金属層１３０，１３２は、第１方向Ａに延びて複数の駆動部１２０の第２導電層１２６と交差している。また、金属層１３０，１３２は、導電性を有する層からなることができる。したがって、複数の駆動部１２０の第２導電層１２６を電気的に接続することができる。金属層１３０，１３２は、図１に示すように、金属層１３０，１３２の第１方向Ａの端において、共通電極１４０と電気的に接続される。金属層１３０，１３２は、幅Ｗ（図２（Ａ）参照）および厚さＴ（図２（Ｂ）参照）によって、抵抗を容易に制御することができる。すなわち、幅Ｗを大きくすることで、あるいは、厚さＴを厚くすることで、金属層１３０，１３２の抵抗を小さくすることができる。金属層１３０，１３２は、複数設けることができる。金属層１３０，１３２の数を増やすことで、複数の第２導電層１２６をより低抵抗で接続することができる。ただし、金属層１３０，１３２を配置することにより、アクチュエーター１００の変位が阻害されることから、金属層１３０，１３２の数は、変位量と抵抗値の調整により決定される。金属層１３０，１３２は、例えば、ニッケル−クロム合金（Ｎｉ−Ｃｒ）と、金（Ａｕ）と、を積層した構造を有することができる。これにより、後述するように、金属層１３０，１３２、共通電極１４０、およびリード電極１６０を同じ工程で形成することができるため、簡易な工程で製造することができる。金属層１３０，１３２は、ニッケル−クロム合金と、金と、の積層構造に限定されず、例えば、ニッケル−クロム合金、金、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、などの単層または積層であってもよい。
【００４０】
金属層１３０，１３２は、振動板１１０の上方および第２導電層１２６の上方に形成されている。金属層１３０，１３２は、図２（Ｂ）の例では、振動板１１０上、圧電体層１２４の側面１２４ｂ、および第２導電層１２６の上面に形成されている。金属層１３０，１３２が第２導電層１２６上に形成されることにより、圧電体層１２４の変形を抑えることができる。金属層１３０，１３２は、図示の例では、第１金属層１３０および第２金属層１３２の２つが形成されているが、その数は限定されない。第１金属層１３０は、図２（Ｃ）に示すように、第２導電層１２６上において、第２導電層１２６の一方の第１端面１２６ａ側に位置し、第２金属層１３２は、第２導電層１２６上において、第２導電層１２６の他方の第２端面１２６ｂ側に位置している。これにより、圧電体層１２４の変形により過剰な応力が集中する領域である端面１２６ａ，１２６ｂ近傍における圧電体層１２４の変位を抑えることができる。なお、第１金属層１３０と第１端面１２６ａとの間の距離および第２金属層１３２と第２端面１２６ｂとの間の距離は、小さいことが望ましい。これにより、圧電体層１２４の変位をより抑えることができる。さらに、金属層１３０，１３２が、平面視において、第１領域１２５ａの中心部Ｃ（図２（Ｃ）参照）を避けて形成されるため、中心部Ｃ周辺の変位を妨げないことができる。ここで、端面１２６ａ，１２６ｂは、例えば、第２導電層１２６の第２方向Ｂの両端面であることができる。また、第２導電層１２６が他の層（図示しない）と連続して形成されている場合、第２導電層１２６の端面１２６ａ，１２６ｂは、露出していない面であってもよい。第１金属層１３０は、例えば、第２導電層１２６上において、第２導電層１２６の一方の端部近傍に位置し、第２金属層１３２は、例えば、第２導電層１２６上において、第２導電層１２６の他方の端部近傍に位置しているともいえる。金属層１３０，１３２は、金属層１３０，１３２の幅Ｗおよび厚さＴによって、圧電体層１２４の変形の程度を制御することができる。すなわち、例えば、金属層１３０，１３２の幅Ｗをより大きく、あるいは厚さＴをより厚くすることで、圧電体層１２４の変形をより抑制することができる。
【００４１】
第１金属層１３０および第２金属層１３２は、図２（Ｃ）に示すように、中心部Ｃと各金属層１３０，１３２の間の距離が等しい位置に配置されていてもよい。これにより、駆動部１２０に対して金属層１３０，１３２をバランス良くに配置することができるため、アクチュエーター１００の一部に応力が集中することがなく、剛性バランスの良いアクチュエーター１００を得ることができる。図示の例では、上述の通り金属層１３０，１３２が、第２導電層１２６上において端面１２６ａ，１２６ｂ側に形成されていたが、金属層１３０，１３２の第２導電層１２６上における形成位置は、特に限定されない。
【００４２】
金属層１３０，１３２は、延出部１３１，１３３を有することができる。第１金属層１３０は、第１延出部１３１を有し、第２金属層１３２は、第２延出部１３３を有することができる。第１延出部１３１は、図２（Ａ）に示すように、隣り合う駆動部１２０の間に形成されている。第１延出部１３１は、第１方向Ａに延びる第１金属層１３０から第２導電層１２６の第１端面１２６ａ側に向かって延びている。第１延出部１３１は、平面視において（図２（Ａ）参照）複数の駆動部１２０が形成された領域の外側に向かって、第１端面１２６ａよりも外側に延びている。第１延出部１３１は、図２（Ｄ）に示すように、共通電極１４０と連続している。すなわち、第１金属層１３０は、第１延出部１３１によっても共通電極１４０と電気的に接続されていることができる。これにより、複数の第２導電層１２６をより低抵抗で接続することができる。第２延出部１３３は、図２（Ａ）に示すように、隣り合う駆動部１２０の間に形成されている。第２延出部１３３は、第１方向Ａに延びる第２金属層１３２から第２導電層１２６の第２端面１２６ｂ側に向かって延びている。第２延出部１３３は、平面視において（図２（Ａ）参照）、複数の駆動部１２０が形成された領域の外側に向かって、第２端面１２６ｂよりも外側に延びていることができる。すなわち、第１延出部１３１は、平面視において、第２金属層１３２とは、反対側に向かって延びており、第２延出部１３３は、第１金属層１３０とは、反対側に向かって延びている。第１延出部１３１および第２延出部１３３は、例えば、各金属層１３０，１３２から第２方向Ｂに沿って、互いに逆方向に向かって延びている。したがって、第１延出部１３１のみが形成されたことにより、振動板１１０の第１延出部１３１周辺のみの剛性が増すことでおこる応力の集中を抑制することができる。アクチュエーター１００では、第１金属層１３０および第２金属層１３２の各々に延出部１３１，１３３が形成されるため、剛性のバランスをよくすることができる。なお、図示はしないが、第２延出部１３３の少なくとも一部は、共通電極１４０と電気的に接続されていてもよい。これにより、複数の第２導電層１２６をより低抵抗で接続することができる。
【００４３】
共通電極１４０は、金属層１３０，１３２と電気的に接続されている。すなわち、共通電極１４０は、金属層１３０，１３２によって複数の第２導電層１２６と電気的に接続されている。共通電極１４０は、例えば、外部駆動回路５０と電気的に接続されている。共通電極１４０は、例えば、図２（Ｄ）に示すように圧電体層１２４（第２領域１２５ｂ）の上方に形成されている。共通電極１４０は、図１に示すように、駆動部１２０が配列された領域の周囲（外側の領域）に形成されていることができる。共通電極１４０は、例えば、金属層１３０，１３２と同じ材質の層からなることができる。共通電極１４０は、これに限定されず、導電性を有する層であればよい。共通電極１４０は、例えば、第２導電層１２６と同じ材質の層１０２と接していてもよい。
【００４４】
リード電極１６０は、少なくとも開口部１５０を覆うように形成されている。リード電極１６０は、例えば、第１導電層１２２の第２導電部１２３ｂを介して、第１導電層１２２の第１導電部１２３ａと、外部駆動回路５０とを電気的に接続するための電極である。リード電極１６０は、金属層１３０，１３２と同様の材質であってもよいが、特に限定されない。開口部１５０の周囲には、第２導電層１２６と同様の材質からなる導電部１６２が形成されていてもよい。
【００４５】
封止板４０は、駆動部１２０を封止することができる。封止板４０は、駆動部１２０を封止するための領域４１を有している。封止板４０の領域４１は、駆動部１２０（圧電体層１２４）の変形を妨げなければ、その大きさおよび形状は特に限定されない。封止板４０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミック等から形成されていてもよい。
【００４６】
液体噴射ヘッド１０００は、さらに、各種樹脂材料、各種金属材料からなり、上述された構成を収納することができる筐体（図示しない）を有していてもよい。
【００４７】
アクチュエーター１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４８】
アクチュエーター１００では、金属層１３０，１３２は、複数の駆動部１２０の第２導電層１２６と交差して、複数の第２導電層１２６と共通電極１４０とを電気的に接続することができる。金属層１３０，１３２は、該金属層１３０，１３２の幅Ｗあるいは厚さＴを容易に制御することができるため、複数の第２導電層１２６を低抵抗で接続することができる。また、金属層１３０，１３２の本数を増やすことにより、複数の第２導電層１２６をより低抵抗で接続することができる。アクチュエーター１００によれば、複数の駆動部１２０を低抵抗で接続することができる。
【００４９】
アクチュエーター１００では、第２導電層１２６の上方に形成された金属層１３０，１３２を有することができる。これにより、金属層１３０，１３２の形成された領域周辺の圧電体層１２４の変位を制御することができる。したがって、アクチュエーター１００によれば、例えば、圧電体層１２４の過剰変位による破壊を防止することができるため、信頼性を向上させることができる。また、第１金属層１３０を第２導電層１２６の第１端面１２６ａ側に形成し、第２金属層１３２を第２導電層１２６の第２端面１２６ｂ側に形成することができる。これにより、圧電体層１２４の変形により過剰な応力が集中する領域の圧電体層１２４の変位を抑えることができ、かつ圧電体層１２４の第１領域１２５ａの中心部Ｃ周辺の変位を妨げないことができる。
【００５０】
アクチュエーター１００では、第１金属層１３０が共通電極１４０に電気的に接続する第１延出部１３１を有することができる。これにより、複数の第２導電層１２６をより低抵抗で接続することができる。さらに、アクチュエーター１００では、第２金属層１３２が第２延出部１３３を有することができる。これにより、アクチュエーター１００では、第１金属層１３０および第２金属層１３２の各々に延出部１３１，１３３が形成されるため、第１金属層１３０にのみ延出部１３１が形成された場合と比較して、振動板１１０の剛性のバランスをよくすることができる。したがって、アクチュエーター１００によれば、信頼性を向上させることができる。
【００５１】
アクチュエーター１００は、上述のような特徴を有する。したがって、アクチュエーター１００を含む液体噴射ヘッド１０００によれば、複数の駆動部１２０を低抵抗で接続することができる。また、液体噴射ヘッド１０００によれば、金属層１３０，１３２によって、振動板１１０の変位量を制御することができるアクチュエーター１００を用いることができるため、例えば、所望の液滴を噴射することができ、信頼性を向上させることができる。
【００５２】
２． アクチュエーターおよび液体噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係るアクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３から図７は、アクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００の製造方法を模式的に示す断面図である。
【００５３】
まず、図３に示すように、例えば、シリコン基板１上に振動板１１０を形成する。振動板１１０は、例えば、スパッタ法などの公知の成膜技術によって形成される。振動板１１０は、例えば、複数の層を成膜して形成してもよい。次に、振動板１１０上に第１導電層１２２を形成する。第１導電層１２２は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。より具体的には、振動板１１０上の全面に、導電層（図示せず）を形成し、該導電層をパターニングすることにより、第１導電層１２２を形成することができる。ここで、第１導電層１２２を形成するための導電層がエッチングによってパターニングされる前に、該導電層の上にエッチング保護膜（図示しない）を形成してもよい。エッチング保護膜は、後述される圧電体層１２４と同じ圧電材料から形成された圧電体層であってもよい。エッチング保護膜は、少なくとも、所望の形状にパターニングされる第１導電層１２２が形成される領域に形成されてもよい。これによれば、第１導電層１２２をパターニングするエッチング工程において、使用されるエッチャントによる化学的なダメージから第１導電層１２２の表面を保護することができる。
【００５４】
図４に示すように、第１導電層１２２を覆うように圧電体層１２４ｄを形成する。圧電体層１２４ｄは、圧電体層１２４と同じ材料からなることができる。圧電体層１２４ｄは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成されることができる。ここで圧電体層１２４ｄの材質が、たとえば、ＰＺＴである場合、酸素雰囲気で７００℃程度のアニールを行うことにより、圧電体層１２４ｄを結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体層１２４ｄをパターニングした後に行ってもよい。なお、エッチング保護膜が圧電体層１２４ｄと同じ材料で形成されている場合、アニールを行うことにより圧電体層１２４ｄと一体化させることができる。次に、圧電体層１２４ｄの上の全面に導電層１２６ｄを形成する。導電層１２６ｄは、例えば、第２導電層１２６ｄと同じ材料からなる。第２導電層１２６ｄは、たとえば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。
【００５５】
図５に示すように、導電層１２６ｄおよび圧電体層１２４ｄをパターニングする。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術によって行うことができる。これにより、圧電体層１２４が形成される。また、圧電体層１２４には、開口部１５０が形成される。次に、導電層１２６ｄをさらにパターニングする。これにより、第２導電層１２６が形成される。
【００５６】
図６に示すように、延出部１３１，１３３を有する金属層１３０，１３２、リード電極１６０、および共通電極１４０を形成する。具体的には、振動板１１０上、第１導電層１２２上、圧電体層１２４上、および第２導電層１２６上の露出した領域の全面に金属層（図示しない）をスパッタ法等の公知の方法で形成した後に、該金属層を公知のエッチング技術で所望の形状にパターニングすることで形成することができる。
【００５７】
以上の工程により、アクチュエーター１００を製造することができる。
【００５８】
図示はしないが、図６に示す工程の前に、封止板４０が接着される領域の第１導電層１２２を除去してもよい。また、リザーバー１５が形成される領域の振動板１１０を除去してもよい。
【００５９】
図７に示すように、封止板４０をアクチュエーター１００上に搭載する。これにより、駆動部１２０を封止することができる。封止板４０は、例えば、接着剤により固定されることができる。次に、シリコン基板１を所定の厚さになるように薄くする、次に、シリコン基板１に圧力室１１、供給路１３、連通路１４およびリザーバー１５を形成する（図１および図７参照）。例えば、所望の形状にパターニングされるようにマスク（図示せず）を振動板１１０が形成された面とは反対側の面に形成し、エッチング処理することによって、圧力室１１、壁部１２、供給路１３、連通路１４およびリザーバー１５を区画する。以上によって、振動板１１０の下方に圧力室１１を有した流路形成板１０を形成することができる。次に、ノズル孔２１を有したノズル板２０を、例えば接着剤等により所定の位置に接合する。これによって、ノズル孔２１は、圧力室１１と連通する。
【００６０】
以上の工程により、液体噴射ヘッド１０００を製造することができる。なお、液体噴射ヘッド１０００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。例えば、流路形成板１０およびノズル板２０を、電鋳法等を用いて一体形成してもよい。
【００６１】
液体噴射ヘッド１０００の製造方法によれば、金属層１３０，１３２、リード電極１６０、および共通電極１４０を、金属層をパターニングする工程で形成することができる。したがって、金属層１３０，１３２、リード電極１６０、および共通電極１４０を簡易な工程で形成することができる。
【００６２】
３． 液体噴射装置
次に、本実施形態に係る液体噴射装置について説明する。本実施形態に係る液体噴射装置は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。ここでは、本実施形態に係る液体噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明する。図８は、本実施形態に係る液体噴射装置１００００を模式的に示す斜視図である。
【００６３】
液体噴射装置１００００は、ヘッドユニット１０３０と、ヘッドユニット駆動部１０１０と、制御部１０６０と、を含む。また、液体噴射装置１００００は、装置本体１０２０と、給紙部１０５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ１０２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口１０２２と、装置本体１０２０の上面に配置された操作パネル１０７０と、を含むことができる。
【００６４】
ヘッドユニット１０３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド３００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット１０３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ１０３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ１０３１を搭載した運搬部（キャリッジ）１０３２と、を備える。
【００６５】
ヘッドユニット駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０を往復動させることができる。ヘッドユニット駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０の駆動源となるキャリッジモーター１０４１と、キャリッジモーター１０４１の回転を受けて、ヘッドユニット１０３０を往復動させる往復動機構１０４２と、を有する。
【００６６】
往復動機構１０４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸１０４４と、キャリッジガイド軸１０４４と平行に延在するタイミングベルト１０４３と、を備える。キャリッジガイド軸１０４４は、キャリッジ１０３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ１０３２を支持している。さらに、キャリッジ１０３２は、タイミングベルト１０４３の一部に固定されている。キャリッジモーター１０４１の作動により、タイミングベルト１０４３を走行させると、キャリッジガイド軸１０４４に導かれて、ヘッドユニット１０３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００６７】
制御部１０６０は、ヘッドユニット１０３０、ヘッドユニット駆動部１０１０および給紙部１０５０を制御することができる。
【００６８】
給紙部１０５０は、記録用紙Ｐをトレイ１０２１からヘッドユニット１０３０側へ送り込むことができる。給紙部１０５０は、その駆動源となる給紙モーター１０５１と、給紙モーター１０５１の作動により回転する給紙ローラー１０５２と、を備える。給紙ローラー１０５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー１０５２ａおよび駆動ローラー１０５２ｂを備える。駆動ローラー１０５２ｂは、給紙モーター１０５１に連結されている。制御部１０６０によって供紙部１０５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット１０３０の下方を通過するように送られる。
【００６９】
ヘッドユニット１０３０、ヘッドユニット駆動部１０１０、制御部１０６０および給紙部１０５０は、装置本体１０２０の内部に設けられている。
【００７０】
液体噴射装置１００００では、液体噴射ヘッド１０００を有することができる。液体噴射ヘッド１０００は、上述のように、複数の駆動部１２０を低抵抗で接続することができる。したがって、複数の駆動部１２０を低抵抗で接続することができる液体噴射装置１００００を得ることができる。また、液体噴射ヘッド１００００によれば、例えば、所望の液滴を噴射することができ、信頼性を向上させることができる。
【００７１】
なお、ここでは、液体噴射ヘッドがインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、たとえば、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料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００７２】
また、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００７３】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００７４】
１ シリコン基板、１０ 流路形成板、１１ 圧力室、１２ 壁部、１３ 供給路、
１４ 連通路、１５ リザーバー、２０ ノズル板、２１ ノズル孔、４０ 封止板、
４１ 領域、１００ アクチュエーター、１０１ 金属膜、１０２ 層、
１１０ 振動板、１２０ 駆動部、１２２ 第１導電層、１２３ａ 第１導電部、
１２３ｂ 第２導電部、１２４ 圧電体層、１２４ａ 上面、１２４ｂ 側面、
１２５ａ 第１領域、１２５ｂ 第２領域、１２６ 第２導電層、
１２６ａ 第１端面、１２６ｂ 第２端面、１３０ 第１金属層、１３１ 第１延出部、
１３２ 第２金属層、１３３ 第２延出部、１４０ 電極（共通電極）、
１５０ 開口部、１６０ リード電極、１６２ 導電部、１０００ 液体噴射ヘッド、
１０１０ ヘッドユニット駆動部、１０２０ 装置本体、１０２１ トレイ、
１０２２ 排出口、１０３０ ヘッドユニット、１０３１ インクカートリッジ、
１０３２ キャリッジ、１０４１ キャリッジモーター、１０４２ 往復動機構、
１０４３ タイミングベルト、１０４４ キャリッジガイド軸、１０５０ 給紙部、
１０５１ 給紙モーター、１０５２ 給紙ローラー、１０６０ 制御部、
１０７０ 操作パネル、１００００ 液体噴射装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンター等の液体噴射装置において、インク等の液滴を噴射するために、圧電素子を備えたアクチュエーターが知られている。圧電素子は、例えば、振動板を変位させる駆動部として機能することができる。このようなアクチュエーターでは、複数の圧力室が形成され、圧力室ごとに駆動部が振動板上に配置されている。
【０００３】
複数の駆動部を備えるアクチュエーターでは、一般的に駆動部の一方の電極を個別電極とし、他方の電極を共通電極として複数の駆動部を電気的に接続している。例えば、特許文献１では、上電極膜を個別電極とし、下電極膜を圧力室の長手方向一端部側から周壁上まで延設させ、周壁上で連結させて共通電極とすることで、複数の圧電素子を電気的に接続している。このような複数の駆動部を備えるアクチュエーターでは、複数の駆動部を低抵抗で接続することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、複数の駆動部を低抵抗で接続することができるアクチュエーターを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上述のアクチュエーターを含む液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るアクチュエーターは、
振動板と、
前記振動板の上方に形成された所定の方向に延びる第１導電層と、
前記第１導電層を覆う圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２導電層と、
前記振動板の上方および前記第２導電層の上方に形成された金属層と、
前記金属層と電気的に接続された電極と、
を含み、
前記第１導電層、前記第２導電層、および前記第１導電層と前記第２導電層とで挟まれた前記圧電体層は、駆動部を構成し、
前記駆動部は、前記所定の方向に垂直な方向に複数配列され、
前記金属層は、複数の前記第２導電層と交差し、複数の前記第２導電層と電気的に接続される。
【０００７】
このようなアクチュエーターによれば、前記金属層により、複数の前記第２導電層を電気的に接続することができるため、複数の前記駆動部を低抵抗で接続することができる。
【０００８】
なお、本発明にかかる記載では、「上方」という文言を、たとえば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明にかかる記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００９】
本発明に係るアクチュエーターにおいて、
前記金属層は、複数形成されていることができる。
【００１０】
このようなアクチュエーターによれば、複数の前記駆動部をより低抵抗で接続することができる。
【００１１】
本発明に係るアクチュエーターにおいて、
複数の前記金属層のうちの第１金属層は、前記第２導電層の上方において、前記第２導電層の一方の端面側に位置し、
複数の前記金属層のうちの第２金属層は、前記第２導電層の上方において、前記第２導電層の他方の端面側に位置していることができる。
【００１２】
このようなアクチュエーターによれば、前記第２導電層の端面近傍における前記圧電体層の変形を抑制することができる。
【００１３】
本発明に係るアクチュエーターにおいて、
前記第１金属層は、隣り合う前記駆動部の間に形成され、前記一方の端面側に向かって延びる第１延出部を有し、
前記第１延出部は、前記電極と電気的に接続されていることができる。
【００１４】
このようなアクチュエーターによれば、複数の前記駆動部をより低抵抗で接続することができる。
【００１５】
本発明に係るアクチュエーターにおいて、
前記第２金属層は、隣り合う前記駆動部の間に形成され、前記他方の端面側に向かって延びる第２延出部を有することができる。
【００１６】
このようなアクチュエーターによれば、前記振動板の前記第１延出部周辺のみの剛性が増すことでおこる応力の集中を抑制することができる。
【００１７】
本発明に係るアクチュエーターにおいて、
前記電極、前記第１金属層、および前記第２金属層は、ニッケル−クロム合金と、金と、を積層した構造を有することができる。
【００１８】
このようなアクチュエーターによれば、製造工程を簡易化することができる。
【００１９】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係るアクチュエーターと、
ノズル孔と連通し、アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室と、
を含む。
【００２０】
このような液体噴射ヘッドによれば、本発明に係るアクチュエーターを含むため、複数の前記駆動部を低抵抗で接続することができる。
【００２１】
本発明に係る液体噴射装置は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを含む。
【００２２】
このような液体噴射装置によれば、本発明に係る液体噴射ヘッドを含むため、複数の前記駆動部を低抵抗で接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図２（Ａ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図。
【図２（Ｂ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図２（Ｃ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図２（Ｄ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
１． アクチュエーターおよび液体噴射ヘッド
まず、本実施形態に係るアクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００について説明する。ここでは、アクチュエーター１００の例として、アクチュエーター１００を液体噴射ヘッド１０００に用いた場合について説明する。なお、アクチュエーター１００の用途は、液体噴射ヘッドに限定されない。
【００２６】
図１は、本実施形態に係るアクチュエーター１００を用いた液体噴射ヘッド１０００を模式的に示す分解斜視図である。図２（Ａ）は、液体噴射ヘッド１０００の要部である流路形成板１０、アクチュエーター１００を模式的に示す平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図である。図２（Ｄ）は、図２（Ａ）のＩＩＤ−ＩＩＤ線断面図である。
【００２７】
液体噴射ヘッド１０００は、図１および図２に示すように、アクチュエーター１００と、ノズル孔２１と連通しアクチュエーター１００の動作によって容積が変化する圧力室１１と、を含む。液体噴射ヘッド１０００は、例えば、さらに、流路形成板１０と、ノズル板２０と、封止板４０と、を含むことができる。アクチュエーター１００は、振動板１１０と、駆動部１２０と、金属層（第１金属層１３０，第２金属層１３２）と、電極（以下「共通電極」ともいう）１４０と、リード電極１６０と、を含むことができる。駆動部１２０は、第１導電層１２２と、第２導電層１２６と、第１導電層１２２と第２導電層１２６とで挟まれた圧電体層１２４と、を含むことができる。
【００２８】
流路形成板１０は、圧力室１１を有する。流路形成板１０は、図１に示すように、圧力室１１の側壁を構成する壁部１２を有する。また、流路形成板１０は、圧力室１１と供給路１３および連通路１４を介して連通したリザーバー１５を有していてもよい。リザーバー１５には、貫通孔１６が形成されてもよく、貫通孔１６を通って外部からリザーバー１５内に液体が供給されてもよい。リザーバー１５に液体を供給することによって、供給路１３および連通路１４を介して圧力室１１に液体を供給することができる。圧力室１１の形状は、特に限定されない。圧力室１１の形状は、例えば、平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室１１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。流路形成板１０の材質は、特に限定されない。流路形成板１０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００２９】
ノズル板２０は、図１に示すように、流路形成板１０の下方に形成される。ノズル板２０は、プレート状の部材であって、ノズル孔２１を有する。ノズル孔２１は、圧力室１１に連通するように形成される。ノズル孔２１の形状は、液体を吐出することができれば、特に限定されない。ノズル孔２１を介することで、圧力室１１内の液体を、例えば、ノズル板２０の下方に向けて吐出することができる。また、ノズル孔２１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。ノズル板２０の材質は、特に限定されない。ノズル板２０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００３０】
アクチュエーター１００は、図１に示すように流路形成板１０の上に形成されている。アクチュエーター１００の駆動部１２０は、第１導電層１２２と、第２導電層１２６と、第１導電層１２２と第２導電層１２６とで挟まれた圧電体層１２４と、で構成されている。アクチュエーター１００では、駆動部１２０は、外部駆動回路５０に電気的に接続され、外部駆動回路５０の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１１０は、駆動部１２０の動作によって変位し、圧力室１１の内部圧力を適宜変形させることができる。駆動部１２０は、複数の圧力室１１に１対１に対応して複数配列されている。駆動部１２０は、図２（Ａ）に示すように、第１導電層１２２の長手方向に垂直な第１方向Ａに複数配列されている。
【００３１】
振動板１１０は、図１〜図２に示すように、流路形成板１０の上に形成されている。振動板１１０は、例えば、プレート状の部材である。振動板１１０の構造及び材料は、特に限定されない。図２（Ｂ）の例では、振動板１１０は、第１層１１０ａと、第２層１１０ｂと、からなる。第１層１１０ａとしては、例えば、酸化ジルコニウムを用いることができる。第２層１１０ｂとしては、例えば、酸化シリコンを用いることができる。振動板１１０としては、これに限定されず、例えば、酸化ジルコニウムや酸化シリコンなどの絶縁膜、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜、からなる単層構造、または複数の材料を積層した構造であってもよい。振動板１１０は、駆動部１２０が変形することによって振動（変位）することができる。これにより、下方に形成された圧力室１１の容積を変化させることができる。
【００３２】
第１導電層１２２は、振動板１１０の上方に形成されている。第１導電層１２２は、図２（Ａ）に示すように、第２方向Ｂに延びるように形成されている。第１導電層１２２の材質としては、たとえば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第１導電層１２２は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。また、第１導電層１２２と振動板１１０との間には、たとえば、密着層等が形成されていてもよい。この場合の密着層としては、たとえばチタン層などが挙げられる。第１導電層１２２の厚みは、たとえば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。第１導電層１２２は、図２（Ｃ）に示すように、駆動部１２０を構成する第１導電部１２３ａを有する。第１導電部１２３ａの機能の一つとしては、圧電体層１２４に電圧を印加するための一方の電極（圧電体層１２４の下部に形成された下部電極）となることが挙げられる。第１導電部１２３ａは、振動板１１０の厚み方向から見て、圧電体層１２４を介して第２導電層１２６と重なる領域であることができる。第１導電層１２２は、さらに、第２導電部１２３ｂを有することができる。第２導電部１２３ｂの機能の一つとしては、リード電極１６０と第１導電部１２３ａとを電気的に接続することが挙げられる。図示の例では、第２導電部１２３ｂは、第１導電部１２３ａから開口部１５０側に向かって延びている。なお、アクチュエーター１００は、例えば、振動板１１０の厚み方向から見て、共通電極１４０と重なる領域に金属膜１０１（図２（Ｃ）および図２（Ｄ）参照）を有していてもよい。金属膜１０１は、例えば、いずれの部材とも電気的に接続されていなくてもよい。
【００３３】
圧電体層１２４は、第１導電層１２２を覆うように形成されている。圧電体層１２４は、図２（Ｂ）に示すように、第１導電層１２２の上面および側方、並びに振動板１１０の上方を覆っている。圧電体層１２４と第１導電層１２２との間には、他の層が形成されてもよい。この場合の他の層としては、たとえば圧電体層１２４の結晶の配向を制御するための配向制御層（たとえばチタン層）などが挙げられる。圧電体層１２４の厚さは、たとえば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とすることができる。圧電体層１２４の厚みが前記範囲を外れると、振動板１１０を変形させるために必要な伸縮が得られなくなる場合がある。
【００３４】
圧電体層１２４は、上面１２４ａと、上面１２４ａに接続する側面１２４ｂと、を有する。図２（Ｂ）の例では、圧電体層１２４の上面１２４ａは、平坦な面（平面）であり、振動板１１０の上面と略平行となっている。圧電体層１２４の上面１２４ａは、必ずしも平坦な面には限定されず、下地の第１導電層１２２の形状を反映した凸形状を有してもよい。圧電体層１２４の側面１２４ｂは、圧電体層１２４の上面１２４ａと、振動板１１０の上面とを接続する面である。圧電体層１２４の側面１２４ｂは、一つの平坦な面で構成されてもよいし、複数の平坦な面によって構成されてもよい。また、圧電体層１２４の側面１２４ｂは、曲面を含んで構成されてもよい。
【００３５】
圧電体層１２４は、圧電材料によって形成される。そのため圧電体層１２４は、第１導電層１２２および第２導電層１２６によって電界が印加されることで変形することができる。この変形により振動板１１０は、たわんだり振動したりすることができる。圧電体層１２４は、振動板１１０の厚み方向から見て、第１導電層１２２と、第２導電層１２６とで挟まれた第１領域１２５ａを有する。圧電体層１２４の第１領域１２５ａ、第１導電層１２２、および第２導電層１２６は、駆動部１２０を構成する。駆動部１２０は、圧電体層１２４を２つの導電層１２２，１２６で挟むことでキャパシタを構成し、圧電素子となることができる。圧電体層１２４は、さらに、第２領域１２５ｂを有することができる。第２領域１２５ｂは、圧電体層１２４の第１領域１２５ａ以外の領域であることができる。すなわち、第２領域１２５ｂは、第１導電層１２２および第２導電層１２６によって電界が印加されない領域であることができる。第２領域１２５ｂには、例えば、図２（Ｃ）に示すように、開口部１５０が設けられる。これにより、第１導電層１２２とリード電極１６０とを電気的に接続することができる。
【００３６】
圧電体層１２４の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（たとえば、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような材料の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下、「ＰＺＴ」と略記することがある）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。これらのうち、圧電体層１２４の材質としてＰＺＴは、圧電特性が良好であるため特に好適である。
【００３７】
第２導電層１２６は、圧電体層１２４の上方に形成されている。第２導電層１２６は、圧電体層１２４の上面１２４ａに形成されていることができる。第２導電層１２６は、第２方向Ｂに延びるように形成されている。第２導電層１２６の第２方向Ｂの長さは、図２（Ｃ）に示すように、例えば、第１領域１２５ａの第２方向Ｂの長さと同じである。第２導電層１２６の厚みは、特に限定されない。第２導電層１２６の厚みは、たとえば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。第２導電層１２６の機能の一つは、圧電体層１２４に電圧を印加するための他方の電極（圧電体層１２４の上部に形成された上部電極）となることが挙げられる。第２導電層１２６の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金、タングステン、金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（たとえば酸化イリジウムなど）、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３などを例示することができる。また、第２導電層１２６は、単層でもよいし、複数の層を積層した構造であってもよい。
【００３８】
第２導電層１２６は、圧電体層１２４の上方（上面１２４ａ）に形成されており、圧電体層１２４の側面１２４ｂおよび振動板１１０上には形成されていないことができる。アクチュエーター１００において、電圧印加前の振動板１１０は、上方に位置していることが望ましい。これにより、同一の変位量を得るために必要な振動板１１０の変形を最小限に抑えることができるため、電圧印加時の振動板１１０の変形による破壊を防ぐことができる。しかしながら、ゾルゲル法等で形成された圧電体層１２４は、一般的に引っ張り応力を持つため、電圧印加前の振動板１１０は下方に位置しやすい。ここで、第２導電層１２６は、スパッタ法等で形成されることで、一般的に圧縮応力を持つ。このため、アクチュエーター１００では、第２導電層１２６を、圧電体層１２４の上方に形成することで、圧電体層１２４の引っ張り応力を打ち消し、更には電圧印加前の振動板１１０を上方に位置させるように作用させることができる。さらに、第２導電層１２６を、圧電体層１２４の側面１２４ｂおよび振動板１１０上に形成しないことで、電圧印加前の振動板１１０を下方に位置させるように作用させないことができる。したがって、第２導電層１２６を、圧電体層１２４の上方に形成し、圧電体層１２４の側面１２４ｂおよび振動板１１０上には形成しないことで、電圧印加前の振動板１１０を上方に位置させることができ、電圧印加時の振動板１１０の変形による破壊を防ぐことができる。
【００３９】
金属層１３０，１３２は、複数の駆動部１２０の第２導電層１２６と交差している。図２（Ａ）の例では、金属層１３０，１３２は、第１方向Ａに延びて複数の駆動部１２０の第２導電層１２６と交差している。また、金属層１３０，１３２は、導電性を有する層からなることができる。したがって、複数の駆動部１２０の第２導電層１２６を電気的に接続することができる。金属層１３０，１３２は、図１に示すように、金属層１３０，１３２の第１方向Ａの端において、共通電極１４０と電気的に接続される。金属層１３０，１３２は、幅Ｗ（図２（Ａ）参照）および厚さＴ（図２（Ｂ）参照）によって、抵抗を容易に制御することができる。すなわち、幅Ｗを大きくすることで、あるいは、厚さＴを厚くすることで、金属層１３０，１３２の抵抗を小さくすることができる。金属層１３０，１３２は、複数設けることができる。金属層１３０，１３２の数を増やすことで、複数の第２導電層１２６をより低抵抗で接続することができる。ただし、金属層１３０，１３２を配置することにより、アクチュエーター１００の変位が阻害されることから、金属層１３０，１３２の数は、変位量と抵抗値の調整により決定される。金属層１３０，１３２は、例えば、ニッケル−クロム合金（Ｎｉ−Ｃｒ）と、金（Ａｕ）と、を積層した構造を有することができる。これにより、後述するように、金属層１３０，１３２、共通電極１４０、およびリード電極１６０を同じ工程で形成することができるため、簡易な工程で製造することができる。金属層１３０，１３２は、ニッケル−クロム合金と、金と、の積層構造に限定されず、例えば、ニッケル−クロム合金、金、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、などの単層または積層であってもよい。
【００４０】
金属層１３０，１３２は、振動板１１０の上方および第２導電層１２６の上方に形成されている。金属層１３０，１３２は、図２（Ｂ）の例では、振動板１１０上、圧電体層１２４の側面１２４ｂ、および第２導電層１２６の上面に形成されている。金属層１３０，１３２が第２導電層１２６上に形成されることにより、圧電体層１２４の変形を抑えることができる。金属層１３０，１３２は、図示の例では、第１金属層１３０および第２金属層１３２の２つが形成されているが、その数は限定されない。第１金属層１３０は、図２（Ｃ）に示すように、第２導電層１２６上において、第２導電層１２６の一方の第１端面１２６ａ側に位置し、第２金属層１３２は、第２導電層１２６上において、第２導電層１２６の他方の第２端面１２６ｂ側に位置している。これにより、圧電体層１２４の変形により過剰な応力が集中する領域である端面１２６ａ，１２６ｂ近傍における圧電体層１２４の変位を抑えることができる。なお、第１金属層１３０と第１端面１２６ａとの間の距離および第２金属層１３２と第２端面１２６ｂとの間の距離は、小さいことが望ましい。これにより、圧電体層１２４の変位をより抑えることができる。さらに、金属層１３０，１３２が、平面視において、第１領域１２５ａの中心部Ｃ（図２（Ｃ）参照）を避けて形成されるため、中心部Ｃ周辺の変位を妨げないことができる。ここで、端面１２６ａ，１２６ｂは、例えば、第２導電層１２６の第２方向Ｂの両端面であることができる。また、第２導電層１２６が他の層（図示しない）と連続して形成されている場合、第２導電層１２６の端面１２６ａ，１２６ｂは、露出していない面であってもよい。第１金属層１３０は、例えば、第２導電層１２６上において、第２導電層１２６の一方の端部近傍に位置し、第２金属層１３２は、例えば、第２導電層１２６上において、第２導電層１２６の他方の端部近傍に位置しているともいえる。金属層１３０，１３２は、金属層１３０，１３２の幅Ｗおよび厚さＴによって、圧電体層１２４の変形の程度を制御することができる。すなわち、例えば、金属層１３０，１３２の幅Ｗをより大きく、あるいは厚さＴをより厚くすることで、圧電体層１２４の変形をより抑制することができる。
【００４１】
第１金属層１３０および第２金属層１３２は、図２（Ｃ）に示すように、中心部Ｃと各金属層１３０，１３２の間の距離が等しい位置に配置されていてもよい。これにより、駆動部１２０に対して金属層１３０，１３２をバランス良くに配置することができるため、アクチュエーター１００の一部に応力が集中することがなく、剛性バランスの良いアクチュエーター１００を得ることができる。図示の例では、上述の通り金属層１３０，１３２が、第２導電層１２６上において端面１２６ａ，１２６ｂ側に形成されていたが、金属層１３０，１３２の第２導電層１２６上における形成位置は、特に限定されない。
【００４２】
金属層１３０，１３２は、延出部１３１，１３３を有することができる。第１金属層１３０は、第１延出部１３１を有し、第２金属層１３２は、第２延出部１３３を有することができる。第１延出部１３１は、図２（Ａ）に示すように、隣り合う駆動部１２０の間に形成されている。第１延出部１３１は、第１方向Ａに延びる第１金属層１３０から第２導電層１２６の第１端面１２６ａ側に向かって延びている。第１延出部１３１は、平面視において（図２（Ａ）参照）複数の駆動部１２０が形成された領域の外側に向かって、第１端面１２６ａよりも外側に延びている。第１延出部１３１は、図２（Ｄ）に示すように、共通電極１４０と連続している。すなわち、第１金属層１３０は、第１延出部１３１によっても共通電極１４０と電気的に接続されていることができる。これにより、複数の第２導電層１２６をより低抵抗で接続することができる。第２延出部１３３は、図２（Ａ）に示すように、隣り合う駆動部１２０の間に形成されている。第２延出部１３３は、第１方向Ａに延びる第２金属層１３２から第２導電層１２６の第２端面１２６ｂ側に向かって延びている。第２延出部１３３は、平面視において（図２（Ａ）参照）、複数の駆動部１２０が形成された領域の外側に向かって、第２端面１２６ｂよりも外側に延びていることができる。すなわち、第１延出部１３１は、平面視において、第２金属層１３２とは、反対側に向かって延びており、第２延出部１３３は、第１金属層１３０とは、反対側に向かって延びている。第１延出部１３１および第２延出部１３３は、例えば、各金属層１３０，１３２から第２方向Ｂに沿って、互いに逆方向に向かって延びている。したがって、第１延出部１３１のみが形成されたことにより、振動板１１０の第１延出部１３１周辺のみの剛性が増すことでおこる応力の集中を抑制することができる。アクチュエーター１００では、第１金属層１３０および第２金属層１３２の各々に延出部１３１，１３３が形成されるため、剛性のバランスをよくすることができる。なお、図示はしないが、第２延出部１３３の少なくとも一部は、共通電極１４０と電気的に接続されていてもよい。これにより、複数の第２導電層１２６をより低抵抗で接続することができる。
【００４３】
共通電極１４０は、金属層１３０，１３２と電気的に接続されている。すなわち、共通電極１４０は、金属層１３０，１３２によって複数の第２導電層１２６と電気的に接続されている。共通電極１４０は、例えば、外部駆動回路５０と電気的に接続されている。共通電極１４０は、例えば、図２（Ｄ）に示すように圧電体層１２４（第２領域１２５ｂ）の上方に形成されている。共通電極１４０は、図１に示すように、駆動部１２０が配列された領域の周囲（外側の領域）に形成されていることができる。共通電極１４０は、例えば、金属層１３０，１３２と同じ材質の層からなることができる。共通電極１４０は、これに限定されず、導電性を有する層であればよい。共通電極１４０は、例えば、第２導電層１２６と同じ材質の層１０２と接していてもよい。
【００４４】
リード電極１６０は、少なくとも開口部１５０を覆うように形成されている。リード電極１６０は、例えば、第１導電層１２２の第２導電部１２３ｂを介して、第１導電層１２２の第１導電部１２３ａと、外部駆動回路５０とを電気的に接続するための電極である。リード電極１６０は、金属層１３０，１３２と同様の材質であってもよいが、特に限定されない。開口部１５０の周囲には、第２導電層１２６と同様の材質からなる導電部１６２が形成されていてもよい。
【００４５】
封止板４０は、駆動部１２０を封止することができる。封止板４０は、駆動部１２０を封止するための領域４１を有している。封止板４０の領域４１は、駆動部１２０（圧電体層１２４）の変形を妨げなければ、その大きさおよび形状は特に限定されない。封止板４０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミック等から形成されていてもよい。
【００４６】
液体噴射ヘッド１０００は、さらに、各種樹脂材料、各種金属材料からなり、上述された構成を収納することができる筐体（図示しない）を有していてもよい。
【００４７】
アクチュエーター１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４８】
アクチュエーター１００では、金属層１３０，１３２は、複数の駆動部１２０の第２導電層１２６と交差して、複数の第２導電層１２６と共通電極１４０とを電気的に接続することができる。金属層１３０，１３２は、該金属層１３０，１３２の幅Ｗあるいは厚さＴを容易に制御することができるため、複数の第２導電層１２６を低抵抗で接続することができる。また、金属層１３０，１３２の本数を増やすことにより、複数の第２導電層１２６をより低抵抗で接続することができる。アクチュエーター１００によれば、複数の駆動部１２０を低抵抗で接続することができる。
【００４９】
アクチュエーター１００では、第２導電層１２６の上方に形成された金属層１３０，１３２を有することができる。これにより、金属層１３０，１３２の形成された領域周辺の圧電体層１２４の変位を制御することができる。したがって、アクチュエーター１００によれば、例えば、圧電体層１２４の過剰変位による破壊を防止することができるため、信頼性を向上させることができる。また、第１金属層１３０を第２導電層１２６の第１端面１２６ａ側に形成し、第２金属層１３２を第２導電層１２６の第２端面１２６ｂ側に形成することができる。これにより、圧電体層１２４の変形により過剰な応力が集中する領域の圧電体層１２４の変位を抑えることができ、かつ圧電体層１２４の第１領域１２５ａの中心部Ｃ周辺の変位を妨げないことができる。
【００５０】
アクチュエーター１００では、第１金属層１３０が共通電極１４０に電気的に接続する第１延出部１３１を有することができる。これにより、複数の第２導電層１２６をより低抵抗で接続することができる。さらに、アクチュエーター１００では、第２金属層１３２が第２延出部１３３を有することができる。これにより、アクチュエーター１００では、第１金属層１３０および第２金属層１３２の各々に延出部１３１，１３３が形成されるため、第１金属層１３０にのみ延出部１３１が形成された場合と比較して、振動板１１０の剛性のバランスをよくすることができる。したがって、アクチュエーター１００によれば、信頼性を向上させることができる。
【００５１】
アクチュエーター１００は、上述のような特徴を有する。したがって、アクチュエーター１００を含む液体噴射ヘッド１０００によれば、複数の駆動部１２０を低抵抗で接続することができる。また、液体噴射ヘッド１０００によれば、金属層１３０，１３２によって、振動板１１０の変位量を制御することができるアクチュエーター１００を用いることができるため、例えば、所望の液滴を噴射することができ、信頼性を向上させることができる。
【００５２】
２． アクチュエーターおよび液体噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係るアクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図３から図７は、アクチュエーター１００および液体噴射ヘッド１０００の製造方法を模式的に示す断面図である。
【００５３】
まず、図３に示すように、例えば、シリコン基板１上に振動板１１０を形成する。振動板１１０は、例えば、スパッタ法などの公知の成膜技術によって形成される。振動板１１０は、例えば、複数の層を成膜して形成してもよい。次に、振動板１１０上に第１導電層１２２を形成する。第１導電層１２２は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。より具体的には、振動板１１０上の全面に、導電層（図示せず）を形成し、該導電層をパターニングすることにより、第１導電層１２２を形成することができる。ここで、第１導電層１２２を形成するための導電層がエッチングによってパターニングされる前に、該導電層の上にエッチング保護膜（図示しない）を形成してもよい。エッチング保護膜は、後述される圧電体層１２４と同じ圧電材料から形成された圧電体層であってもよい。エッチング保護膜は、少なくとも、所望の形状にパターニングされる第１導電層１２２が形成される領域に形成されてもよい。これによれば、第１導電層１２２をパターニングするエッチング工程において、使用されるエッチャントによる化学的なダメージから第１導電層１２２の表面を保護することができる。
【００５４】
図４に示すように、第１導電層１２２を覆うように圧電体層１２４ｄを形成する。圧電体層１２４ｄは、圧電体層１２４と同じ材料からなることができる。圧電体層１２４ｄは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成されることができる。ここで圧電体層１２４ｄの材質が、たとえば、ＰＺＴである場合、酸素雰囲気で７００℃程度のアニールを行うことにより、圧電体層１２４ｄを結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体層１２４ｄをパターニングした後に行ってもよい。なお、エッチング保護膜が圧電体層１２４ｄと同じ材料で形成されている場合、アニールを行うことにより圧電体層１２４ｄと一体化させることができる。次に、圧電体層１２４ｄの上の全面に導電層１２６ｄを形成する。導電層１２６ｄは、例えば、第２導電層１２６ｄと同じ材料からなる。第２導電層１２６ｄは、たとえば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。
【００５５】
図５に示すように、導電層１２６ｄおよび圧電体層１２４ｄをパターニングする。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術によって行うことができる。これにより、圧電体層１２４が形成される。また、圧電体層１２４には、開口部１５０が形成される。次に、導電層１２６ｄをさらにパターニングする。これにより、第２導電層１２６が形成される。
【００５６】
図６に示すように、延出部１３１，１３３を有する金属層１３０，１３２、リード電極１６０、および共通電極１４０を形成する。具体的には、振動板１１０上、第１導電層１２２上、圧電体層１２４上、および第２導電層１２６上の露出した領域の全面に金属層（図示しない）をスパッタ法等の公知の方法で形成した後に、該金属層を公知のエッチング技術で所望の形状にパターニングすることで形成することができる。
【００５７】
以上の工程により、アクチュエーター１００を製造することができる。
【００５８】
図示はしないが、図６に示す工程の前に、封止板４０が接着される領域の第１導電層１２２を除去してもよい。また、リザーバー１５が形成される領域の振動板１１０を除去してもよい。
【００５９】
図７に示すように、封止板４０をアクチュエーター１００上に搭載する。これにより、駆動部１２０を封止することができる。封止板４０は、例えば、接着剤により固定されることができる。次に、シリコン基板１を所定の厚さになるように薄くする、次に、シリコン基板１に圧力室１１、供給路１３、連通路１４およびリザーバー１５を形成する（図１および図７参照）。例えば、所望の形状にパターニングされるようにマスク（図示せず）を振動板１１０が形成された面とは反対側の面に形成し、エッチング処理することによって、圧力室１１、壁部１２、供給路１３、連通路１４およびリザーバー１５を区画する。以上によって、振動板１１０の下方に圧力室１１を有した流路形成板１０を形成することができる。次に、ノズル孔２１を有したノズル板２０を、例えば接着剤等により所定の位置に接合する。これによって、ノズル孔２１は、圧力室１１と連通する。
【００６０】
以上の工程により、液体噴射ヘッド１０００を製造することができる。なお、液体噴射ヘッド１０００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。例えば、流路形成板１０およびノズル板２０を、電鋳法等を用いて一体形成してもよい。
【００６１】
液体噴射ヘッド１０００の製造方法によれば、金属層１３０，１３２、リード電極１６０、および共通電極１４０を、金属層をパターニングする工程で形成することができる。したがって、金属層１３０，１３２、リード電極１６０、および共通電極１４０を簡易な工程で形成することができる。
【００６２】
３． 液体噴射装置
次に、本実施形態に係る液体噴射装置について説明する。本実施形態に係る液体噴射装置は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。ここでは、本実施形態に係る液体噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明する。図８は、本実施形態に係る液体噴射装置１００００を模式的に示す斜視図である。
【００６３】
液体噴射装置１００００は、ヘッドユニット１０３０と、ヘッドユニット駆動部１０１０と、制御部１０６０と、を含む。また、液体噴射装置１００００は、装置本体１０２０と、給紙部１０５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ１０２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口１０２２と、装置本体１０２０の上面に配置された操作パネル１０７０と、を含むことができる。
【００６４】
ヘッドユニット１０３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド３００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット１０３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ１０３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ１０３１を搭載した運搬部（キャリッジ）１０３２と、を備える。
【００６５】
ヘッドユニット駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０を往復動させることができる。ヘッドユニット駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０の駆動源となるキャリッジモーター１０４１と、キャリッジモーター１０４１の回転を受けて、ヘッドユニット１０３０を往復動させる往復動機構１０４２と、を有する。
【００６６】
往復動機構１０４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸１０４４と、キャリッジガイド軸１０４４と平行に延在するタイミングベルト１０４３と、を備える。キャリッジガイド軸１０４４は、キャリッジ１０３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ１０３２を支持している。さらに、キャリッジ１０３２は、タイミングベルト１０４３の一部に固定されている。キャリッジモーター１０４１の作動により、タイミングベルト１０４３を走行させると、キャリッジガイド軸１０４４に導かれて、ヘッドユニット１０３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００６７】
制御部１０６０は、ヘッドユニット１０３０、ヘッドユニット駆動部１０１０および給紙部１０５０を制御することができる。
【００６８】
給紙部１０５０は、記録用紙Ｐをトレイ１０２１からヘッドユニット１０３０側へ送り込むことができる。給紙部１０５０は、その駆動源となる給紙モーター１０５１と、給紙モーター１０５１の作動により回転する給紙ローラー１０５２と、を備える。給紙ローラー１０５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー１０５２ａおよび駆動ローラー１０５２ｂを備える。駆動ローラー１０５２ｂは、給紙モーター１０５１に連結されている。制御部１０６０によって供紙部１０５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット１０３０の下方を通過するように送られる。
【００６９】
ヘッドユニット１０３０、ヘッドユニット駆動部１０１０、制御部１０６０および給紙部１０５０は、装置本体１０２０の内部に設けられている。
【００７０】
液体噴射装置１００００では、液体噴射ヘッド１０００を有することができる。液体噴射ヘッド１０００は、上述のように、複数の駆動部１２０を低抵抗で接続することができる。したがって、複数の駆動部１２０を低抵抗で接続することができる液体噴射装置１００００を得ることができる。また、液体噴射ヘッド１００００によれば、例えば、所望の液滴を噴射することができ、信頼性を向上させることができる。
【００７１】
なお、ここでは、液体噴射ヘッドがインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、たとえば、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料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００７２】
また、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００７３】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００７４】
１ シリコン基板、１０ 流路形成板、１１ 圧力室、１２ 壁部、１３ 供給路、
１４ 連通路、１５ リザーバー、２０ ノズル板、２１ ノズル孔、４０ 封止板、
４１ 領域、１００ アクチュエーター、１０１ 金属膜、１０２ 層、
１１０ 振動板、１２０ 駆動部、１２２ 第１導電層、１２３ａ 第１導電部、
１２３ｂ 第２導電部、１２４ 圧電体層、１２４ａ 上面、１２４ｂ 側面、
１２５ａ 第１領域、１２５ｂ 第２領域、１２６ 第２導電層、
１２６ａ 第１端面、１２６ｂ 第２端面、１３０ 第１金属層、１３１ 第１延出部、
１３２ 第２金属層、１３３ 第２延出部、１４０ 電極（共通電極）、
１５０ 開口部、１６０ リード電極、１６２ 導電部、１０００ 液体噴射ヘッド、
１０１０ ヘッドユニット駆動部、１０２０ 装置本体、１０２１ トレイ、
１０２２ 排出口、１０３０ ヘッドユニット、１０３１ インクカートリッジ、
１０３２ キャリッジ、１０４１ キャリッジモーター、１０４２ 往復動機構、
１０４３ タイミングベルト、１０４４ キャリッジガイド軸、１０５０ 給紙部、
１０５１ 給紙モーター、１０５２ 給紙ローラー、１０６０ 制御部、
１０７０ 操作パネル、１００００ 液体噴射装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、
前記振動板の上方に形成された所定の方向に延びる第１導電層と、
前記第１導電層を覆う圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２導電層と、
前記振動板の上方および前記第２導電層の上方に形成された金属層と、
前記金属層と電気的に接続された電極と、
を含み、
前記第１導電層、前記第２導電層、および前記第１導電層と前記第２導電層とで挟まれた前記圧電体層は、駆動部を構成し、
前記駆動部は、前記所定の方向に垂直な方向に複数配列され、
前記金属層は、複数の前記第２導電層と交差し、複数の前記第２導電層と電気的に接続される、アクチュエーター。
【請求項２】
請求項１において、
前記金属層は、複数形成されている、アクチュエーター。
【請求項３】
請求項２において、
複数の前記金属層のうちの第１金属層は、前記第２導電層の上方において、前記第２導電層の一方の端面側に位置し、
複数の前記金属層のうちの第２金属層は、前記第２導電層の上方において、前記第２導電層の他方の端面側に位置している、アクチュエーター。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第１金属層は、隣り合う前記駆動部の間に形成され、前記一方の端面側に向かって延びる第１延出部を有し、
前記第１延出部は、前記電極と電気的に接続されている、アクチュエーター。
【請求項５】
請求項４において、
前記第２金属層は、隣り合う前記駆動部の間に形成され、前記他方の端面側に向かって延びる第２延出部を有する、アクチュエーター。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記電極、前記第１金属層、および前記第２金属層は、ニッケル−クロム合金と、金と、を積層した構造を有する、アクチュエーター。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアクチュエーターと、
ノズル孔と連通し、アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室と、
を含む、液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載の液体噴射ヘッドを含む、液体噴射装置。
【請求項１】
振動板と、
前記振動板の上方に形成された所定の方向に延びる第１導電層と、
前記第１導電層を覆う圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２導電層と、
前記振動板の上方および前記第２導電層の上方に形成された金属層と、
前記金属層と電気的に接続された電極と、
を含み、
前記第１導電層、前記第２導電層、および前記第１導電層と前記第２導電層とで挟まれた前記圧電体層は、駆動部を構成し、
前記駆動部は、前記所定の方向に垂直な方向に複数配列され、
前記金属層は、複数の前記第２導電層と交差し、複数の前記第２導電層と電気的に接続される、アクチュエーター。
【請求項２】
請求項１において、
前記金属層は、複数形成されている、アクチュエーター。
【請求項３】
請求項２において、
複数の前記金属層のうちの第１金属層は、前記第２導電層の上方において、前記第２導電層の一方の端面側に位置し、
複数の前記金属層のうちの第２金属層は、前記第２導電層の上方において、前記第２導電層の他方の端面側に位置している、アクチュエーター。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第１金属層は、隣り合う前記駆動部の間に形成され、前記一方の端面側に向かって延びる第１延出部を有し、
前記第１延出部は、前記電極と電気的に接続されている、アクチュエーター。
【請求項５】
請求項４において、
前記第２金属層は、隣り合う前記駆動部の間に形成され、前記他方の端面側に向かって延びる第２延出部を有する、アクチュエーター。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記電極、前記第１金属層、および前記第２金属層は、ニッケル−クロム合金と、金と、を積層した構造を有する、アクチュエーター。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアクチュエーターと、
ノズル孔と連通し、アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室と、
を含む、液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載の液体噴射ヘッドを含む、液体噴射装置。
【図１】
【図２（Ａ）】
【図２（Ｂ）】
【図２（Ｃ）】
【図２（Ｄ）】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２（Ａ）】
【図２（Ｂ）】
【図２（Ｃ）】
【図２（Ｄ）】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１１０７８４（Ｐ２０１１−１１０７８４Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６８６１３（Ｐ２００９−２６８６１３）
【出願日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]