液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
【課題】圧電体に発生するクラックが少なく、電極間の短絡や圧電素子の駆動不良の少ない安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を得ること。
【解決手段】流路形成基板１０の壁１５に形成された突出部１６の厚みは、流路形成基板１０の厚みより薄いので、突出部１６は流路形成基板１０と比較して変形し易い。また、振動板５６は対向面１０１と対向面１０１に連続した突出部１６の支持面１６０によって支えられているので、圧電体能動部３２０および振動板５６は連続して緩やかに変形することができる。したがって、圧電体能動部３２０の端３２１の圧電体層７０に応力が加わりにくく、圧電体層７０のクラックの発生を抑えることができ、下電極６０と上電極８０との間の短絡や圧電素子３００の駆動不良の少ない、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。
【解決手段】流路形成基板１０の壁１５に形成された突出部１６の厚みは、流路形成基板１０の厚みより薄いので、突出部１６は流路形成基板１０と比較して変形し易い。また、振動板５６は対向面１０１と対向面１０１に連続した突出部１６の支持面１６０によって支えられているので、圧電体能動部３２０および振動板５６は連続して緩やかに変形することができる。したがって、圧電体能動部３２０の端３２１の圧電体層７０に応力が加わりにくく、圧電体層７０のクラックの発生を抑えることができ、下電極６０と上電極８０との間の短絡や圧電素子３００の駆動不良の少ない、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を備えた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】
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等に代表される結晶を含む圧電体は、自発分極、高誘電率、電気光学効果、圧電効果、焦電効果等を有しているため、圧電素子等の広範なデバイスに応用されている。圧電効果を利用する圧電アクチュエーターの場合、例えば、振動板に、圧電体に一対の電極が形成された圧電素子を設け、電極間に電圧を印加することにより、電圧に応じて圧電体を変形させる。
液体を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させ、圧力発生室の液体を加圧してノズル開口から液体を吐出させる液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置が知られている。
【０００３】
例えば、圧力発生室は、液体の流路を形成する流路形成基板に形成される。圧力発生室は隔壁によって区画され、ノズル開口の配列方向に並設されている。圧電アクチュエーターは、圧力発生室毎に設けられる（例えば、特許文献１参照）。
圧電素子の電極に挟まれた部分は変形し、圧電体能動部として機能する。圧電体能動部は、圧力発生室の一部を構成する振動板上と流路形成基板上とにまたがって形成されたり、圧力発生室の一部を構成する振動板上のみに形成されたりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８１０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セラミックである圧電体は、変形に伴う応力に対してクラックが生じやすい。応力の集中する圧力発生室と流路形成基板との境界の圧電体、あるいは圧電体能動部の端の圧電体でクラックが発生する。圧電体に発生したクラックは、電極間の短絡や圧電素子の駆動不良を引き起こし、安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を得るのが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
液体を噴射するノズル開口が形成されたノズルプレートと、圧電体が一対の電極によって挟まれた圧電体能動部を有する圧電素子が形成された振動板と、前記ノズルプレートと前記振動板とに挟まれた流路形成基板と、前記ノズルプレートと前記振動板と前記流路形成基板に形成された壁とで区画され、前記ノズル開口と連通する圧力発生室とを備えた液体噴射ヘッドであって、前記壁の前記振動板側には、前記振動板に対向する前記流路形成基板の対向面に連続した支持面を備え、前記支持面で前記振動板を支える突出部が形成され、前記突出部の厚みは、前記流路形成基板の厚みより薄く、前記圧電体能動部の端が前記流路形成基板上または前記突出部上に位置していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【０００８】
この適用例によれば、流路形成基板の壁に形成された突出部の厚みは、流路形成基板の厚みより薄いので、突出部は流路形成基板と比較して変形し易い。また、振動板は対向面と対向面に連続した突出部の支持面によって支えられているので、圧電体能動部および振動板は連続して緩やかに変形する。したがって、圧力発生室と流路形成基板との境界の圧電体、あるいは圧電体能動部の端の圧電体に応力が加わりにくく、圧電体のクラックの発生が抑えられ、電極間の短絡や圧電素子の駆動不良の少ない、安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドが得られる。
【０００９】
［適用例２］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記圧力発生室は長手方向を有する形状で、前記突出部は、前記圧力発生室の長手方向の前記壁に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、圧電体能動部および振動板は、圧力発生室の長手方向において変形が大きい。突出部は、長手方向の壁に形成されているので、圧力発生室と流路形成基板との境界の圧電体、あるいは圧電体能動部の端の圧電体に応力がより加わりにくく、圧電体のクラックの発生がより抑えられ、電極間の短絡や圧電素子の駆動不良のより少ない、より安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドが得られる。
【００１０】
［適用例３］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記突出部は、前記突出部が形成された前記壁の両端で連続する壁のうち、どちらか一方の壁から他方の壁に至る途中まで形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、突出部の自由端が、突出方向とは別の方向にも存在するので、突出部がより変形し易い。したがって、圧力発生室と流路形成基板との境界の圧電体、あるいは圧電体能動部の端の圧電体に応力が加わりにくく、圧電体のクラックの発生が抑えられ、電極間の短絡や圧電素子の駆動不良の少ない、安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドが得られる。
【００１１】
［適用例４］
上記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。
【００１２】
この適用例によれば、液体噴射装置は、安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドを備えている。したがって、安定した液体の噴射を行なう液体噴射装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態におけるインクジェット式記録装置の一例を示す概略斜視図。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解部分斜視図。
【図３】（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図。
【図４】圧電体層にクラックが発生する限界変形量を示す図。
【図５】第２実施形態における（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ概略断面図。
【図６】変形例における（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ概略断面図。
【図７】変形例におけるエージング後の破壊率を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１０００の一例を示す概略斜視図である。インクジェット式記録装置１０００は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１を備えている。
図１において、インクジェット式記録装置１０００は、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを備えている。記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂには、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａおよび２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。
【００１５】
記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を吐出する。そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動する。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００１６】
記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、インクジェット式記録ヘッド１を記録シートＳに対向する位置に備えている。図では、インクジェット式記録ヘッド１は、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂの記録シートＳ側に位置しており、直接図示されていない。
【００１７】
図２に、本実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッド１を示す分解部分斜視図を示した。インクジェット式記録ヘッド１の形状は略直方体であり、図２は、インクジェット式記録ヘッド１の長手方向（図中の白抜き矢印方向）に直交する面で切断した分解部分斜視図である。
また、図３（ａ）には、インクジェット式記録ヘッド１の部分平面図を、（ｂ）には、（ａ）におけるＡ−Ａ部分断面図を示した。
【００１８】
図２および図３において、インクジェット式記録ヘッド１は、流路形成基板１０とノズルプレート２０と保護基板３０とコンプライアンス基板４０と振動板５６と駆動回路２００とを備えている。
流路形成基板１０とノズルプレート２０と振動板５６とは、流路形成基板１０をノズルプレート２０と振動板５６とで挟むように積み重ねられ、振動板５６上には保護基板３０が配置され、保護基板３０上には、コンプライアンス基板４０が形成されている。
【００１９】
流路形成基板１０は、面方位（１１０）のシリコン単結晶板からなる。流路形成基板１０には、異方性エッチングによって、複数の圧力発生室１２が列をなすように、隔壁１１によって区画されて形成されている。
より詳しくは、圧力発生室１２は、ノズルプレート２０と振動板５６と流路形成基板１０に形成された隔壁１１を含む壁とで区画されている。
圧力発生室１２のインクジェット式記録ヘッド１の長手方向と直交する幅方向の断面形状は台形状で、圧力発生室１２は、インクジェット式記録ヘッド１の幅方向に長く形成されている。この方向を圧力発生室１２の長手方向とする。図２および図３中に、圧力発生室１２の長手方向を破線白抜き矢印で示した。
【００２０】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、さらに、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２に設けられた液体供給路としてのインク供給路１４を介して連通されている。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００２１】
圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の長手方向の壁１５には、突出部１６が形成されている。
より詳しくは、壁１５および隔壁１１の振動板５６側には、振動板５６に対向する流路形成基板１０の対向面１０１に連続した支持面１６０を備え、支持面１６０で振動板５６を支える突出部１６が形成され、突出部１６の厚みは、流路形成基板１０の厚みより薄く形成されている。突出部１６は、ハーフエッチングによって形成できる。
また、突出部１６は、圧力発生室１２の長手方向の壁１５の両端で連続する壁である隔壁１１にも形成されている。
【００２２】
ノズルプレート２０には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に、外部と連通するノズル開口２１が穿設されている。
なお、ノズルプレート２０は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板または不錆鋼などからなる。
流路形成基板１０とノズルプレート２０とは、マスク膜５１を介して、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。マスク膜５１は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなり、マスク膜５１を介して流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより、流路形成基板１０に圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４、突出部１６等を形成する。
【００２３】
流路形成基板１０のノズルプレート２０が固着された面と対向する面には、振動板５６の一部を構成する弾性膜５０が形成されている。弾性膜５０は、熱酸化により形成された酸化膜からなる。
流路形成基板１０の弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。絶縁体膜５５は、例えば、以下のようにして形成する。
まず、ジルコニウム膜を形成する。ジルコニウム膜は、スパッタリング法等により形成できる。ジルコニウム膜を５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。
本実施形態では、弾性膜５０と絶縁体膜５５とで、振動板５６が構成されている。振動板５６は、流路形成基板１０の対向面１０１から連続して突出部１６の支持面１６０上にも形成されている。
【００２４】
また、絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．０１〜０．１０μｍの下電極６０と、厚さが例えば、約０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０３〜０．０８μｍの上電極８０とからなる圧電素子３００が形成されている。
下電極６０は、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属や、ニッケル酸ランタン（ＬＮＯ）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ）等の金属酸化物からなる下電極膜を絶縁体膜５５の表面に形成後、所定形状にパターニングすることにより得られる。下電極６０の厚みは、電極材料の抵抗値によって異なる。
【００２５】
次に、下電極６０および絶縁体膜５５上に、圧電材料からなる圧電体としての圧電体層７０を形成する。圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層膜を用いることができる。
圧電体層７０の製造方法としては、金属有機物を触媒に溶解・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ことで金属酸化物からなる圧電体層膜を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いることができる。
なお、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いてもよい。さらに、これらの液相法による圧電体層膜の製造方法に限定されず、スパッタリングなどの蒸着法を用いた圧電体層膜の製造方法であってもよい。
【００２６】
ゾル−ゲル法を詳しく説明すると、まず金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する。次いで、塗布により得られる圧電体前駆体膜を、所定温度に加熱して一定時間乾燥させ、ゾルの溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜を乾燥させる。さらに、大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜を脱脂する。
なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を、例えば、ＮＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等として離脱させることである。
【００２７】
このような塗布・乾燥・脱脂の工程を、所定回数、例えば、２回繰り返すことで、圧電体前駆体膜を所定厚に形成し、この圧電体前駆体膜を拡散炉等で加熱処理することによって結晶化させて圧電体膜を形成する。すなわち、圧電体前駆体膜を焼成することで結晶が成長して圧電体膜が形成される。
焼成温度は、６５０〜８５０℃程度であることが好ましく、例えば、約７００℃で３０分間、圧電体前駆体膜を焼成して圧電体膜を形成する。このような条件で形成した圧電体膜の結晶は（１００）面に優先配向する。
上述した塗布・乾燥・脱脂・焼成の工程を、複数回繰り返すことにより、多層の圧電体膜からなる所定厚さの圧電体層膜を形成する。
【００２８】
圧電体層膜の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電性圧電材料に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマスまた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を用いてもよい。また、鉛を圧電材料に含まない、いわゆる非鉛の圧電材料を用いてもよい。
【００２９】
圧電体層膜を形成した後は、例えば、イリジウムからなる上電極膜を圧電体層膜の全面に形成する。上電極膜は、スパッタリング法、例えば、ＤＣまたはＲＦスパッタリング法によって形成できる。
【００３０】
圧電体層膜および上電極膜を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして、下電極６０、圧電体層７０および上電極８０を備えた圧電素子３００を形成する。
【００３１】
一般的には、圧電素子３００のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体層７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、下電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極８０を圧電素子３００の個別電極としている。
そして、ここではパターニングされたいずれか一方の電極および圧電体層７０から構成され、下電極６０と上電極８０とによって挟まれ、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。ここで、圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の圧電体能動部３２０の端３２１は、突出部１６上に位置している。
【００３２】
上電極８０のインク供給路１４側には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、一端部が上電極８０に接続されている。一方、他端部は延設され、延設された先端部は、少なくともその先端部が、保護基板３０に形成された貫通孔３３の底部に露出している。リード電極９０の他端部は、圧電素子３００を駆動する駆動回路２００と接続配線２１０を介して接続されている。
【００３３】
圧電素子３００が形成された振動板５６上には、保護基板３０が接着剤３５によって接着されている。
保護基板３０は、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態の圧電素子保持部３２を有する。
なお、本実施形態では、各圧電素子保持部３２は、各圧力発生室１２の列に対応する領域に一体的に設けられているが、圧電素子３００毎に独立して設けられていてもよい。
保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成する。
【００３４】
また、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバー部３１が設けられている。このリザーバー部３１は、実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の列に沿って設けられており、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。
【００３５】
保護基板３０上には、封止膜４１および固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成されている。この固定板４２のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００３６】
インクジェット式記録ヘッド１では、カートリッジ２Ａおよび２Ｂからインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路２００からの駆動信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極６０と上電極８０との間に電圧が印加される。電圧の印加によって、弾性膜５０および圧電体層７０がたわみ変形し、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００３７】
駆動信号は、例えば、駆動電源信号等の駆動ＩＣを駆動させるための駆動系信号のほか、シリアル信号（ＳＩ）等の各種制御系信号を含み、配線は、それぞれの信号が供給される複数の配線で構成される。
【００３８】
図４は、圧電体層７０にクラックが発生する限界変形量を示す図である。具体的には、上電極８０の厚さを変えて圧電体層７０に応力を加え、クラックの発生する限界変形量を調べた結果を表す図である。横軸が上電極の厚さ（ｎｍ）を示し、縦軸が限界変形量（ｎｍ）を示している。また、黒丸が第１実施形態の構造における結果を表し、白丸が従来の構造における結果を示している。
図４において、従来例では、上電極８０の厚さを厚くして圧電体層７０に応力を加えると、限界変形量も低下するが、第１実施形態の構造にすると、限界変形量が２０％程度上昇することがわかった。
【００３９】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）流路形成基板１０の壁１５に形成された突出部１６の厚みは、流路形成基板１０の厚みより薄いので、突出部１６は流路形成基板１０と比較して変形し易い。また、振動板５６は対向面１０１と対向面１０１に連続した突出部１６の支持面１６０によって支えられているので、圧電体能動部３２０および振動板５６は連続して緩やかに変形することができる。したがって、圧電体能動部３２０の端３２１の圧電体層７０に応力が加わりにくく、圧電体層７０のクラックの発生を抑えることができ、下電極６０と上電極８０との間の短絡や圧電素子３００の駆動不良の少ない、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。
【００４０】
（２）圧電体能動部３２０および振動板５６は、圧力発生室１２の長手方向において変形が大きい。突出部１６は、長手方向の壁１５に形成されているので、圧電体能動部３２０の端３２１の圧電体層７０に応力がより加わりにくく、圧電体層７０のクラックの発生をより抑えることができ、下電極６０と上電極８０との間の短絡や圧電素子３００の駆動不良のより少ない、より安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。
【００４１】
（３）インクジェット式記録装置１０００は、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド１を備えている。したがって、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録装置１０００を得ることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
図５に、第２実施形態における（ａ）はインクジェット式記録ヘッド２の部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ概略断面図を示した。
第２実施形態では、下電極６１を個別電極とし、上電極８１を共通電極として圧電素子３１０を構成した。また、個別電極である下電極６１は、圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側に引き出されている。
ここで、保護基板３０の圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側は流路形成基板１０と比較して短く、下電極６１が流路形成基板１０上に露出している。したがって、本実施形態では、保護基板３０に貫通孔３３は形成されていない。露出した下電極６１は、圧電素子３１０を駆動する駆動回路２００と接続配線２１０を介して接続されている。
また、圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の圧電体能動部３３０の端３３１は、流路形成基板１０上に位置している。その他同一の部材等には、形状等が異なっていても同じ符号を付して説明も省略する。
【００４３】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（４）流路形成基板１０の壁１５に形成された突出部１６の厚みは、流路形成基板１０の厚みより薄いので、突出部１６は流路形成基板１０と比較して変形し易い。また、振動板５６は対向面１０１と対向面１０１に連続した突出部１６の支持面１６０によって支えられているので、圧電体能動部３３０および振動板５６は連続して緩やかに変形することができる。したがって、圧力発生室１２と流路形成基板１０との境界の圧電体層７０に応力が加わりにくく、圧電体層７０のクラックの発生を抑えることができ、下電極６１と上電極８１との間の短絡や圧電素子３１０の駆動不良の少ない、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド２を得ることができる。
【００４４】
（変形例）
図６に、変形例における（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ概略断面図を示した。
変形例は、第１実施形態と突出部の形状が異なる。図６（ａ）の部分平面図において、変形例の突出部１７は、突出部１７が形成された壁１５の両端で連続する隔壁１１のうち、図では、紙面に対して上側の隔壁１１から下側の隔壁１１に至る途中までの約半分だけ形成されている。
第１および第２実施形態では、突出部１６は、上側の隔壁１１から下側の隔壁１１に至るまで形成されている。
なお、突出部１７は、紙面に対して下側の隔壁１１から上側の隔壁１１に至る途中までの約半分だけ形成されていてもよい。
【００４５】
図７に、変形例における６５Ｖで印加するエージング後の破壊率を示す図を示した。横軸は、圧力発生室１２の幅Ｌ（図中白抜き矢印で示した方向の幅）に対する、突出部１７と圧電体能動部３２０とが重なっていない領域の圧力発生室１２の幅方向の長さＬ１の比率である。
図７において、突出部１７と圧電体能動部３２０とが重なっていない領域の圧力発生室１２の幅方向の長さが、６５％程度を超えると破壊率が上昇し始める。横軸の１００％は、突出部１７が形成されていない構造を示している。
【００４６】
このような変形例によれば、以下の効果がある。
（５）突出部１７の自由端が、突出方向とは別の方向にも存在するので、突出部１７がより変形し易い。したがって、圧電体能動部３２０の端３２１の圧電体層７０に応力が加わりにくく、圧電体層７０のクラックの発生を抑えることができ、下電極６０と上電極８０との間の短絡や圧電素子３００の駆動不良の少ない、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。
【００４７】
実施形態および変形例以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、各実施形態と変形例との組み合わせも可能である。第２実施形態の上電極８１が共通電極で、下電極６１が個別電極の構造のインクジェット式記録ヘッド２と変形例の突出部１７を組み合わせて構成しても前述の効果がある。
【００４８】
また、第１実施形態および変形例における圧電体能動部３２０の端３２１は、流路形成基板１０上に位置していてもよいし、第２実施形態における圧電体能動部３３０の端３３１は、突出部１６上に位置していてもよい。
【００４９】
上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用できる。
その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、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（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５０】
１，２…インクジェット式記録ヘッド、１Ａ，１Ｂ…記録ヘッドユニット、２Ａ，２Ｂ…カートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モーター、７…タイミングベルト、８…プラテン、１０…流路形成基板、１１…隔壁、１２…圧力発生室、１３…連通部、１４…インク供給路、１５…壁、１６，１７…突出部、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、３０…保護基板、３１…リザーバー部、３２…圧電素子保持部、３３…貫通孔、３５…接着剤、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定板、４３…開口部、５０…弾性膜、５１…マスク膜、５５…絶縁体膜、５６…振動板、６０，６１…下電極、７０…圧電体層、８０，８１…上電極、９０…リード電極、１００…マニホールド、１０１…対向面、１１０，１２０…開口部、１１１，１２１…開口、１１２，１２２…側面、１３０…マニホールド、１６０…支持面、２００…駆動回路、２１０…接続配線、３００，３１０…圧電素子、３２０，３３０…圧電体能動部、３２１，３３１…端、１０００…インクジェット式記録装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を備えた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】
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等に代表される結晶を含む圧電体は、自発分極、高誘電率、電気光学効果、圧電効果、焦電効果等を有しているため、圧電素子等の広範なデバイスに応用されている。圧電効果を利用する圧電アクチュエーターの場合、例えば、振動板に、圧電体に一対の電極が形成された圧電素子を設け、電極間に電圧を印加することにより、電圧に応じて圧電体を変形させる。
液体を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させ、圧力発生室の液体を加圧してノズル開口から液体を吐出させる液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置が知られている。
【０００３】
例えば、圧力発生室は、液体の流路を形成する流路形成基板に形成される。圧力発生室は隔壁によって区画され、ノズル開口の配列方向に並設されている。圧電アクチュエーターは、圧力発生室毎に設けられる（例えば、特許文献１参照）。
圧電素子の電極に挟まれた部分は変形し、圧電体能動部として機能する。圧電体能動部は、圧力発生室の一部を構成する振動板上と流路形成基板上とにまたがって形成されたり、圧力発生室の一部を構成する振動板上のみに形成されたりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８１０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セラミックである圧電体は、変形に伴う応力に対してクラックが生じやすい。応力の集中する圧力発生室と流路形成基板との境界の圧電体、あるいは圧電体能動部の端の圧電体でクラックが発生する。圧電体に発生したクラックは、電極間の短絡や圧電素子の駆動不良を引き起こし、安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を得るのが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
液体を噴射するノズル開口が形成されたノズルプレートと、圧電体が一対の電極によって挟まれた圧電体能動部を有する圧電素子が形成された振動板と、前記ノズルプレートと前記振動板とに挟まれた流路形成基板と、前記ノズルプレートと前記振動板と前記流路形成基板に形成された壁とで区画され、前記ノズル開口と連通する圧力発生室とを備えた液体噴射ヘッドであって、前記壁の前記振動板側には、前記振動板に対向する前記流路形成基板の対向面に連続した支持面を備え、前記支持面で前記振動板を支える突出部が形成され、前記突出部の厚みは、前記流路形成基板の厚みより薄く、前記圧電体能動部の端が前記流路形成基板上または前記突出部上に位置していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【０００８】
この適用例によれば、流路形成基板の壁に形成された突出部の厚みは、流路形成基板の厚みより薄いので、突出部は流路形成基板と比較して変形し易い。また、振動板は対向面と対向面に連続した突出部の支持面によって支えられているので、圧電体能動部および振動板は連続して緩やかに変形する。したがって、圧力発生室と流路形成基板との境界の圧電体、あるいは圧電体能動部の端の圧電体に応力が加わりにくく、圧電体のクラックの発生が抑えられ、電極間の短絡や圧電素子の駆動不良の少ない、安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドが得られる。
【０００９】
［適用例２］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記圧力発生室は長手方向を有する形状で、前記突出部は、前記圧力発生室の長手方向の前記壁に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、圧電体能動部および振動板は、圧力発生室の長手方向において変形が大きい。突出部は、長手方向の壁に形成されているので、圧力発生室と流路形成基板との境界の圧電体、あるいは圧電体能動部の端の圧電体に応力がより加わりにくく、圧電体のクラックの発生がより抑えられ、電極間の短絡や圧電素子の駆動不良のより少ない、より安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドが得られる。
【００１０】
［適用例３］
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記突出部は、前記突出部が形成された前記壁の両端で連続する壁のうち、どちらか一方の壁から他方の壁に至る途中まで形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
この適用例では、突出部の自由端が、突出方向とは別の方向にも存在するので、突出部がより変形し易い。したがって、圧力発生室と流路形成基板との境界の圧電体、あるいは圧電体能動部の端の圧電体に応力が加わりにくく、圧電体のクラックの発生が抑えられ、電極間の短絡や圧電素子の駆動不良の少ない、安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドが得られる。
【００１１】
［適用例４］
上記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。
【００１２】
この適用例によれば、液体噴射装置は、安定した液体の噴射を行なう液体噴射ヘッドを備えている。したがって、安定した液体の噴射を行なう液体噴射装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態におけるインクジェット式記録装置の一例を示す概略斜視図。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解部分斜視図。
【図３】（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図。
【図４】圧電体層にクラックが発生する限界変形量を示す図。
【図５】第２実施形態における（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ概略断面図。
【図６】変形例における（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ概略断面図。
【図７】変形例におけるエージング後の破壊率を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１０００の一例を示す概略斜視図である。インクジェット式記録装置１０００は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１を備えている。
図１において、インクジェット式記録装置１０００は、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを備えている。記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂには、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａおよび２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。
【００１５】
記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を吐出する。そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動する。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００１６】
記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂは、インクジェット式記録ヘッド１を記録シートＳに対向する位置に備えている。図では、インクジェット式記録ヘッド１は、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂの記録シートＳ側に位置しており、直接図示されていない。
【００１７】
図２に、本実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッド１を示す分解部分斜視図を示した。インクジェット式記録ヘッド１の形状は略直方体であり、図２は、インクジェット式記録ヘッド１の長手方向（図中の白抜き矢印方向）に直交する面で切断した分解部分斜視図である。
また、図３（ａ）には、インクジェット式記録ヘッド１の部分平面図を、（ｂ）には、（ａ）におけるＡ−Ａ部分断面図を示した。
【００１８】
図２および図３において、インクジェット式記録ヘッド１は、流路形成基板１０とノズルプレート２０と保護基板３０とコンプライアンス基板４０と振動板５６と駆動回路２００とを備えている。
流路形成基板１０とノズルプレート２０と振動板５６とは、流路形成基板１０をノズルプレート２０と振動板５６とで挟むように積み重ねられ、振動板５６上には保護基板３０が配置され、保護基板３０上には、コンプライアンス基板４０が形成されている。
【００１９】
流路形成基板１０は、面方位（１１０）のシリコン単結晶板からなる。流路形成基板１０には、異方性エッチングによって、複数の圧力発生室１２が列をなすように、隔壁１１によって区画されて形成されている。
より詳しくは、圧力発生室１２は、ノズルプレート２０と振動板５６と流路形成基板１０に形成された隔壁１１を含む壁とで区画されている。
圧力発生室１２のインクジェット式記録ヘッド１の長手方向と直交する幅方向の断面形状は台形状で、圧力発生室１２は、インクジェット式記録ヘッド１の幅方向に長く形成されている。この方向を圧力発生室１２の長手方向とする。図２および図３中に、圧力発生室１２の長手方向を破線白抜き矢印で示した。
【００２０】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、さらに、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２に設けられた液体供給路としてのインク供給路１４を介して連通されている。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００２１】
圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の長手方向の壁１５には、突出部１６が形成されている。
より詳しくは、壁１５および隔壁１１の振動板５６側には、振動板５６に対向する流路形成基板１０の対向面１０１に連続した支持面１６０を備え、支持面１６０で振動板５６を支える突出部１６が形成され、突出部１６の厚みは、流路形成基板１０の厚みより薄く形成されている。突出部１６は、ハーフエッチングによって形成できる。
また、突出部１６は、圧力発生室１２の長手方向の壁１５の両端で連続する壁である隔壁１１にも形成されている。
【００２２】
ノズルプレート２０には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に、外部と連通するノズル開口２１が穿設されている。
なお、ノズルプレート２０は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板または不錆鋼などからなる。
流路形成基板１０とノズルプレート２０とは、マスク膜５１を介して、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。マスク膜５１は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなり、マスク膜５１を介して流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより、流路形成基板１０に圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４、突出部１６等を形成する。
【００２３】
流路形成基板１０のノズルプレート２０が固着された面と対向する面には、振動板５６の一部を構成する弾性膜５０が形成されている。弾性膜５０は、熱酸化により形成された酸化膜からなる。
流路形成基板１０の弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。絶縁体膜５５は、例えば、以下のようにして形成する。
まず、ジルコニウム膜を形成する。ジルコニウム膜は、スパッタリング法等により形成できる。ジルコニウム膜を５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。
本実施形態では、弾性膜５０と絶縁体膜５５とで、振動板５６が構成されている。振動板５６は、流路形成基板１０の対向面１０１から連続して突出部１６の支持面１６０上にも形成されている。
【００２４】
また、絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．０１〜０．１０μｍの下電極６０と、厚さが例えば、約０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０３〜０．０８μｍの上電極８０とからなる圧電素子３００が形成されている。
下電極６０は、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属や、ニッケル酸ランタン（ＬＮＯ）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ）等の金属酸化物からなる下電極膜を絶縁体膜５５の表面に形成後、所定形状にパターニングすることにより得られる。下電極６０の厚みは、電極材料の抵抗値によって異なる。
【００２５】
次に、下電極６０および絶縁体膜５５上に、圧電材料からなる圧電体としての圧電体層７０を形成する。圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層膜を用いることができる。
圧電体層７０の製造方法としては、金属有機物を触媒に溶解・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ことで金属酸化物からなる圧電体層膜を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いることができる。
なお、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いてもよい。さらに、これらの液相法による圧電体層膜の製造方法に限定されず、スパッタリングなどの蒸着法を用いた圧電体層膜の製造方法であってもよい。
【００２６】
ゾル−ゲル法を詳しく説明すると、まず金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する。次いで、塗布により得られる圧電体前駆体膜を、所定温度に加熱して一定時間乾燥させ、ゾルの溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜を乾燥させる。さらに、大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜を脱脂する。
なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を、例えば、ＮＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等として離脱させることである。
【００２７】
このような塗布・乾燥・脱脂の工程を、所定回数、例えば、２回繰り返すことで、圧電体前駆体膜を所定厚に形成し、この圧電体前駆体膜を拡散炉等で加熱処理することによって結晶化させて圧電体膜を形成する。すなわち、圧電体前駆体膜を焼成することで結晶が成長して圧電体膜が形成される。
焼成温度は、６５０〜８５０℃程度であることが好ましく、例えば、約７００℃で３０分間、圧電体前駆体膜を焼成して圧電体膜を形成する。このような条件で形成した圧電体膜の結晶は（１００）面に優先配向する。
上述した塗布・乾燥・脱脂・焼成の工程を、複数回繰り返すことにより、多層の圧電体膜からなる所定厚さの圧電体層膜を形成する。
【００２８】
圧電体層膜の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電性圧電材料に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマスまた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を用いてもよい。また、鉛を圧電材料に含まない、いわゆる非鉛の圧電材料を用いてもよい。
【００２９】
圧電体層膜を形成した後は、例えば、イリジウムからなる上電極膜を圧電体層膜の全面に形成する。上電極膜は、スパッタリング法、例えば、ＤＣまたはＲＦスパッタリング法によって形成できる。
【００３０】
圧電体層膜および上電極膜を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして、下電極６０、圧電体層７０および上電極８０を備えた圧電素子３００を形成する。
【００３１】
一般的には、圧電素子３００のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体層７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、下電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極８０を圧電素子３００の個別電極としている。
そして、ここではパターニングされたいずれか一方の電極および圧電体層７０から構成され、下電極６０と上電極８０とによって挟まれ、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。ここで、圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の圧電体能動部３２０の端３２１は、突出部１６上に位置している。
【００３２】
上電極８０のインク供給路１４側には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、一端部が上電極８０に接続されている。一方、他端部は延設され、延設された先端部は、少なくともその先端部が、保護基板３０に形成された貫通孔３３の底部に露出している。リード電極９０の他端部は、圧電素子３００を駆動する駆動回路２００と接続配線２１０を介して接続されている。
【００３３】
圧電素子３００が形成された振動板５６上には、保護基板３０が接着剤３５によって接着されている。
保護基板３０は、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態の圧電素子保持部３２を有する。
なお、本実施形態では、各圧電素子保持部３２は、各圧力発生室１２の列に対応する領域に一体的に設けられているが、圧電素子３００毎に独立して設けられていてもよい。
保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成する。
【００３４】
また、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバー部３１が設けられている。このリザーバー部３１は、実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の列に沿って設けられており、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。
【００３５】
保護基板３０上には、封止膜４１および固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成されている。この固定板４２のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００３６】
インクジェット式記録ヘッド１では、カートリッジ２Ａおよび２Ｂからインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路２００からの駆動信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極６０と上電極８０との間に電圧が印加される。電圧の印加によって、弾性膜５０および圧電体層７０がたわみ変形し、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００３７】
駆動信号は、例えば、駆動電源信号等の駆動ＩＣを駆動させるための駆動系信号のほか、シリアル信号（ＳＩ）等の各種制御系信号を含み、配線は、それぞれの信号が供給される複数の配線で構成される。
【００３８】
図４は、圧電体層７０にクラックが発生する限界変形量を示す図である。具体的には、上電極８０の厚さを変えて圧電体層７０に応力を加え、クラックの発生する限界変形量を調べた結果を表す図である。横軸が上電極の厚さ（ｎｍ）を示し、縦軸が限界変形量（ｎｍ）を示している。また、黒丸が第１実施形態の構造における結果を表し、白丸が従来の構造における結果を示している。
図４において、従来例では、上電極８０の厚さを厚くして圧電体層７０に応力を加えると、限界変形量も低下するが、第１実施形態の構造にすると、限界変形量が２０％程度上昇することがわかった。
【００３９】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）流路形成基板１０の壁１５に形成された突出部１６の厚みは、流路形成基板１０の厚みより薄いので、突出部１６は流路形成基板１０と比較して変形し易い。また、振動板５６は対向面１０１と対向面１０１に連続した突出部１６の支持面１６０によって支えられているので、圧電体能動部３２０および振動板５６は連続して緩やかに変形することができる。したがって、圧電体能動部３２０の端３２１の圧電体層７０に応力が加わりにくく、圧電体層７０のクラックの発生を抑えることができ、下電極６０と上電極８０との間の短絡や圧電素子３００の駆動不良の少ない、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。
【００４０】
（２）圧電体能動部３２０および振動板５６は、圧力発生室１２の長手方向において変形が大きい。突出部１６は、長手方向の壁１５に形成されているので、圧電体能動部３２０の端３２１の圧電体層７０に応力がより加わりにくく、圧電体層７０のクラックの発生をより抑えることができ、下電極６０と上電極８０との間の短絡や圧電素子３００の駆動不良のより少ない、より安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。
【００４１】
（３）インクジェット式記録装置１０００は、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド１を備えている。したがって、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録装置１０００を得ることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
図５に、第２実施形態における（ａ）はインクジェット式記録ヘッド２の部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ概略断面図を示した。
第２実施形態では、下電極６１を個別電極とし、上電極８１を共通電極として圧電素子３１０を構成した。また、個別電極である下電極６１は、圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側に引き出されている。
ここで、保護基板３０の圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側は流路形成基板１０と比較して短く、下電極６１が流路形成基板１０上に露出している。したがって、本実施形態では、保護基板３０に貫通孔３３は形成されていない。露出した下電極６１は、圧電素子３１０を駆動する駆動回路２００と接続配線２１０を介して接続されている。
また、圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の圧電体能動部３３０の端３３１は、流路形成基板１０上に位置している。その他同一の部材等には、形状等が異なっていても同じ符号を付して説明も省略する。
【００４３】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（４）流路形成基板１０の壁１５に形成された突出部１６の厚みは、流路形成基板１０の厚みより薄いので、突出部１６は流路形成基板１０と比較して変形し易い。また、振動板５６は対向面１０１と対向面１０１に連続した突出部１６の支持面１６０によって支えられているので、圧電体能動部３３０および振動板５６は連続して緩やかに変形することができる。したがって、圧力発生室１２と流路形成基板１０との境界の圧電体層７０に応力が加わりにくく、圧電体層７０のクラックの発生を抑えることができ、下電極６１と上電極８１との間の短絡や圧電素子３１０の駆動不良の少ない、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド２を得ることができる。
【００４４】
（変形例）
図６に、変形例における（ａ）はインクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ概略断面図を示した。
変形例は、第１実施形態と突出部の形状が異なる。図６（ａ）の部分平面図において、変形例の突出部１７は、突出部１７が形成された壁１５の両端で連続する隔壁１１のうち、図では、紙面に対して上側の隔壁１１から下側の隔壁１１に至る途中までの約半分だけ形成されている。
第１および第２実施形態では、突出部１６は、上側の隔壁１１から下側の隔壁１１に至るまで形成されている。
なお、突出部１７は、紙面に対して下側の隔壁１１から上側の隔壁１１に至る途中までの約半分だけ形成されていてもよい。
【００４５】
図７に、変形例における６５Ｖで印加するエージング後の破壊率を示す図を示した。横軸は、圧力発生室１２の幅Ｌ（図中白抜き矢印で示した方向の幅）に対する、突出部１７と圧電体能動部３２０とが重なっていない領域の圧力発生室１２の幅方向の長さＬ１の比率である。
図７において、突出部１７と圧電体能動部３２０とが重なっていない領域の圧力発生室１２の幅方向の長さが、６５％程度を超えると破壊率が上昇し始める。横軸の１００％は、突出部１７が形成されていない構造を示している。
【００４６】
このような変形例によれば、以下の効果がある。
（５）突出部１７の自由端が、突出方向とは別の方向にも存在するので、突出部１７がより変形し易い。したがって、圧電体能動部３２０の端３２１の圧電体層７０に応力が加わりにくく、圧電体層７０のクラックの発生を抑えることができ、下電極６０と上電極８０との間の短絡や圧電素子３００の駆動不良の少ない、安定したインクの吐出を行なうインクジェット式記録ヘッド１を得ることができる。
【００４７】
実施形態および変形例以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、各実施形態と変形例との組み合わせも可能である。第２実施形態の上電極８１が共通電極で、下電極６１が個別電極の構造のインクジェット式記録ヘッド２と変形例の突出部１７を組み合わせて構成しても前述の効果がある。
【００４８】
また、第１実施形態および変形例における圧電体能動部３２０の端３２１は、流路形成基板１０上に位置していてもよいし、第２実施形態における圧電体能動部３３０の端３３１は、突出部１６上に位置していてもよい。
【００４９】
上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用できる。
その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、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（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５０】
１，２…インクジェット式記録ヘッド、１Ａ，１Ｂ…記録ヘッドユニット、２Ａ，２Ｂ…カートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モーター、７…タイミングベルト、８…プラテン、１０…流路形成基板、１１…隔壁、１２…圧力発生室、１３…連通部、１４…インク供給路、１５…壁、１６，１７…突出部、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、３０…保護基板、３１…リザーバー部、３２…圧電素子保持部、３３…貫通孔、３５…接着剤、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定板、４３…開口部、５０…弾性膜、５１…マスク膜、５５…絶縁体膜、５６…振動板、６０，６１…下電極、７０…圧電体層、８０，８１…上電極、９０…リード電極、１００…マニホールド、１０１…対向面、１１０，１２０…開口部、１１１，１２１…開口、１１２，１２２…側面、１３０…マニホールド、１６０…支持面、２００…駆動回路、２１０…接続配線、３００，３１０…圧電素子、３２０，３３０…圧電体能動部、３２１，３３１…端、１０００…インクジェット式記録装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口が形成されたノズルプレートと、圧電体が一対の電極によって挟まれた圧電体能動部を有する圧電素子が形成された振動板と、前記ノズルプレートと前記振動板とに挟まれた流路形成基板と、前記ノズルプレートと前記振動板と前記流路形成基板に形成された壁とで区画され、前記ノズル開口と連通する圧力発生室とを備えた液体噴射ヘッドであって、前記壁の前記振動板側には、前記振動板に対向する前記流路形成基板の対向面に連続した支持面を備え、
前記支持面で前記振動板を支える突出部が形成され、前記突出部の厚みは、前記流路形成基板の厚みより薄く、前記圧電体能動部の端が前記流路形成基板上または前記突出部上に位置している
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力発生室は長手方向を有する形状で、前記突出部は、前記圧力発生室の長手方向の前記壁に形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記突出部は、前記突出部が形成された前記壁の両端で連続する壁のうち、どちらか一方の壁から他方の壁に至る途中まで形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいず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。
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口が形成されたノズルプレートと、圧電体が一対の電極によって挟まれた圧電体能動部を有する圧電素子が形成された振動板と、前記ノズルプレートと前記振動板とに挟まれた流路形成基板と、前記ノズルプレートと前記振動板と前記流路形成基板に形成された壁とで区画され、前記ノズル開口と連通する圧力発生室とを備えた液体噴射ヘッドであって、前記壁の前記振動板側には、前記振動板に対向する前記流路形成基板の対向面に連続した支持面を備え、
前記支持面で前記振動板を支える突出部が形成され、前記突出部の厚みは、前記流路形成基板の厚みより薄く、前記圧電体能動部の端が前記流路形成基板上または前記突出部上に位置している
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力発生室は長手方向を有する形状で、前記突出部は、前記圧力発生室の長手方向の前記壁に形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記突出部は、前記突出部が形成された前記壁の両端で連続する壁のうち、どちらか一方の壁から他方の壁に至る途中まで形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいず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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０６３５７（Ｐ２０１２−２０６３５７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７３５５２（Ｐ２０１１−７３５５２）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【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２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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