(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電素子の応力集中を低減して圧電素子の破壊を抑制することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２が短手方向に沿って並設された流路形成基板１０と、該流路形成基板の一方面側に圧力発生室に対応して設けられて、第１電極６０、第１電極上に設けられた圧電体層７０及び圧電体層上に設けられた第２電極８０を有する圧電素子３００と、を具備し、第１電極が、圧力発生室に対応して独立して設けられていると共に、第２電極が、圧力発生室の並設方向に亘って連続して設けられており、圧力発生室の並設方向と交差する方向において、圧電体層の実質的に駆動する活性部３２０と実質的に駆動しない非活性部３３０との境界の少なくとも一方の境界の活性部側には、第１電極と第２電極との間に活性部の中央部よりも誘電率の低い低誘電体層２００が設けられている。【選択図】図３
2014040102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室が短手方向に沿って並設された流路形成基板と、
該流路形成基板の一方面側に前記圧力発生室に対応して設けられて、第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子と、を具備し、
前記第１電極が、前記圧力発生室に対応して独立して設けられていると共に、前記第２電極が、前記圧力発生室の並設方向に亘って連続して設けられており、
前記圧力発生室の並設方向と交差する方向において、前記圧電体層の実質的に駆動する活性部と実質的に駆動しない非活性部との境界の少なくとも一方の境界の前記活性部側には、前記第１電極と前記第２電極との間に前記活性部の中央部よりも誘電率の低い低誘電体層が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記低誘電体層が、前記第１電極の表面を覆う幅が、前記活性部側から前記境界に向かって漸大するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記低誘電体層は、前記活性部と前記非活性部とに亘って設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記低誘電体層は、前記活性部と前記非活性部とに亘って前記第１電極の表面を覆う幅が漸大するように設けられていることを特徴とする請求項３記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記低誘電体層が、前記第１電極の表面を前記境界に向かって漸小して露出するテーパー部を有し、前記テーパー部の側面は、前記第１電極の中央部の直線部の側面に対して４５度以下の角度となるように設けられていることを特徴とする請求項２又は４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記低誘電体層は、前記活性部の中央部とは異なる結晶構造を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記低誘電体層は、前記第１電極の直上に設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記圧力発生室の並設方向と交差する方向において、前記第１電極の一端部側には、前記圧電体層の外側まで延設された延設部が設けられており、前記低誘電体層は、前記圧電体層の活性部と非活性部との境界の少なくとも前記延設部とは反対側の境界に設けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記低誘電体層は、前記圧電体層の活性部と非活性部との境界の前記延設部側の境界にも設けられていることを特徴とする請求項８記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
前記低誘電体層は、前記活性部となる領域において、長手方向に対称となるように設けられていることを特徴とする請求項９記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドには、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に、第１電極、圧電体層及び第２電極からなる圧電素子を設け、圧電素子の駆動によって圧力発生室に圧力変化を生じさせて、ノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドがある。このようなインクジェット式記録ヘッドに採用されている圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。この問題を解決するために、例えば、圧電体層の外周面を第２電極で覆うように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、第１電極が共通電極、第２電極が個別電極となっている。
【０００３】
また、圧電素子の第１電極を圧力発生室毎に設けて個別電極とし、第２電極を複数の圧力発生室に亘って連続して設けて共通電極としたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８８４４１号公報
【特許文献２】特開２００９−１７２８７８号公報（図２及び図４参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の図２及び図４に示すような第２電極を共通電極とするような圧電素子では、圧力発生室の長手方向において第２電極の端部が圧力発生室に相対向する領域に設けられているため、第２電極が設けられている領域と設けられていない領域とで剛性に相違が生じていると共に、第２電極が設けられている領域と設けられていない領域とが、電界が発生する領域（活性部）と電界が発生しない領域（非活性部）との境界部分となっていることから、活性部と非活性部との境界部分に応力集中が発生し、圧電体層にクラック等の破壊が生じてしまう虞があるという問題がある。
【０００６】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の応力集中を低減して圧電素子の破壊を抑制することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が短手方向に沿って並設された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に前記圧力発生室に対応して設けられて、第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子と、を具備し、前記第１電極が、前記圧力発生室に対応して独立して設けられていると共に、前記第２電極が、前記圧力発生室の並設方向に亘って連続して設けられており、前記圧力発生室の並設方向と交差する方向において、前記圧電体層の実質的に駆動する活性部と実質的に駆動しない非活性部との境界の少なくとも一方の境界の前記活性部側には、前記第１電極と前記第２電極との間に前記活性部の中央部よりも誘電率の低い低誘電体層が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧電素子の活性部と非活性部との境界の活性部側に低誘電体層を設けることで、境界の圧電体層に印加される電界を低減させて、変位量を抑制することができる。これにより活性部と非活性部との境界への応力集中を低減して、圧電素子の破壊を抑制することができる。
【０００９】
ここで、前記低誘電体層が、前記第１電極の表面を覆う幅が、前記活性部側から前記境界に向かって漸大するように設けられていることが好ましい。これによれば、活性部側の境界の圧電体層に印加される電界が低減する領域を境界に向かって漸減させることができ、さらに境界に応力が集中するのを抑制することができる。
【００１０】
また、前記低誘電体層は、前記活性部と前記非活性部とに亘って設けられていることが好ましい。これによれば、活性部に近接する非活性部に電界が印加されたとしても、低誘電体層によって印加される電界を低減することができる。
【００１１】
また、前記低誘電体層は、前記活性部と前記非活性部とに亘って前記第１電極の表面を覆う幅が漸大するように設けられていてもよい。
【００１２】
また、前記低誘電体層が、前記第１電極の表面を前記境界に向かって漸小して露出するテーパー部を有し、前記テーパー部の側面は、前記第１電極の中央部の直線部の側面に対して４５度以下の角度となるように設けられていることが好ましい。これによれば、所定角度のテーパー部によって活性部と非活性部との境界への応力集中を確実に低減することができる。
【００１３】
また、前記低誘電体層は、前記活性部の中央部とは異なる結晶構造を有することが好ましく、前記低誘電体層は、前記第１電極の直上に設けられていることが好ましい。これによれば、低誘電体層上に圧電体層を薄膜成膜法により形成することで、低誘電体層上の結晶性を低下させて、変位特性を低下させることができ、さらに境界に応力集中が発生するのを抑制することができる。
【００１４】
また、前記圧力発生室の並設方向と交差する方向において、前記第１電極の一端部側には、前記圧電体層の外側まで延設された延設部が設けられており、前記低誘電体層は、前記圧電体層の活性部と非活性部との境界の少なくとも前記延設部とは反対側の境界に設けられていることが好ましい。これによれば、圧電素子の活性部と非活性部の境界の延設部側では、当該延設部によって剛性の急激な変化が発生しないことから、延設部とは反対側に比べて圧電素子の破壊は発生し難いため、より破壊され易い延設部とは反対側の境界に向かって幅が漸小するテーパー部を設けることで、より破壊され易い領域の応力集中を抑制することができる。
【００１５】
また、前記低誘電体層は、前記圧電素子の活性部と非活性部との境界の前記延設部側の境界にも設けるようにしてもよい。これによれば、破壊され難い延設部側の境界の破壊をさらに確実に抑制することができる。
【００１６】
また、前記低誘電体層は、前記活性部となる領域において、長手方向に対称となるように設けられていることが好ましい。これによれば、テーパー部を容易に形成することができると共に、応力の分散の偏りを抑制して、安定した変位を得ることができる。
【００１７】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、信頼性及び耐久性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの要部拡大平面図及び断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの駆動状態を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図９】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１０】実施形態２に係る記録ヘッドを示す平面図である。
【図１１】実施形態２に係る記録ヘッドの変形例を示す平面図である。
【図１２】実施形態３に係る記録ヘッドの平面図である。
【図１３】実施形態４に係る記録ヘッドの平面図である。
【図１４】他の実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。
【図１５】一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ−Ｘ′拡大断面図である。
【００２０】
図示するように、本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。
【００２１】
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。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、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のマニホールド部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。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。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。
【００２２】
なお、本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられていることになる。
【００２３】
また、流路形成基板１０の開口面側には、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連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
【００２４】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とが積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、圧電体層７０の２つの電極に挟持された領域で、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を活性部３２０という。本実施形態では、第１電極６０を各圧力発生室１２毎に設けることで、圧電素子３００の個別電極とし、第２電極８０を複数の圧力発生室１２に亘って設けることで共通電極としている。すなわち、圧電体層７０の第１電極６０及び第２電極８０に挟まれて実質的に駆動する領域を活性部３２０とし、圧電体層７０の一方の電極６０、８０又は両方の電極が設けられておらず、実質的に駆動しない領域を非活性部３３０としている。また、ここでは、変位可能な圧電素子３００を有する装置をアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００２５】
ここで、圧電素子３００の構成について図３及び図４を参照して詳細に説明する。
図３及び図４に示すように、圧電素子３００を構成する第１電極６０は、各圧力発生室１２に対応して独立して設けられている。ここで、第１電極６０が各圧力発生室１２に対応して独立して設けられているとは、第１電極６０が圧力発生室１２の並設方向において不連続となるように切り分けられていることを言う。本実施形態では、第１電極６０を圧力発生室１２の短手方向の幅（圧力発生室１２の並設方向における幅）よりも幅狭に設けることで、第１電極６０を各圧力発生室１２に対応して独立して設けるようにした。
【００２６】
また、このような圧力発生室１２毎に独立して設けられた第１電極６０同士は、電気的に導通されないようにすることで、圧電素子３００の個別電極として機能する。
【００２７】
さらに、圧力発生室１２の長手方向において、第１電極６０のインク供給路１４とは反対側の端部には、圧電体層７０の端部よりも外側まで延設された延設部６５が設けられている。この延設部６５の端部は、圧電体層７０によって覆われずに露出されることで、詳しくは後述する駆動回路１２０と電気的に接続される接続端子となっている。すなわち、第１電極６０は、圧電素子３００から引き出されて駆動回路１２０が接続される引き出し配線としても機能する。もちろん、第１電極６０とは異なる導電性を有する配線を引き出し配線として別途設けるようにしてもよい。
【００２８】
圧電体層７０は、圧力発生室１２の短手方向（圧力発生室１２の並設方向）において、第１電極６０よりも幅広で、且つ圧力発生室１２の短手方向の幅よりも幅狭に設けられており、圧電体層７０は第１電極６０の幅方向の端面を覆っている。
【００２９】
また、圧電体層７０は、圧力発生室１２の長手方向（圧力発生室１２の並設方向と交差する方向）において、圧力発生室１２よりも長く設けられている。本実施形態では、圧電体層７０は、圧力発生室１２の長手方向において第１電極６０のインク供給路１４側の端部を覆う大きさで設けられている。
【００３０】
さらに、圧電体層７０は、圧力発生室１２の長手方向において、第１電極６０の連通部１３とは反対側の端部よりも短く設けられており、第１電極６０の引き出し配線の一部を露出している。この露出された第１電極６０の端部に駆動回路１２０が電気的に接続される。
【００３１】
なお、圧電体層７０は、電気機械変換作用を示す圧電材料、例えば、ペロブスカイト構造を有し金属としてＺｒやＴｉを含む強誘電体材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等からなる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、チタン酸ジルコン酸バリウム（Ｂａ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又はマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等が挙げられる。
【００３２】
圧電体層７０の厚さについては、特に限定されないが、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成すればよい。例えば、圧電体層７０を０．２〜５μｍ前後の厚さで形成することで、所望の結晶構造を得ることが容易となる。本実施形態においては、最適な圧電特性を得るため、圧電体層７０の膜厚を１．２μｍとした。
【００３３】
また、圧電体層７０の製造方法は特に限定されず、例えば、有機金属化合物を溶媒に溶解・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７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成することができる。もちろん、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法等を用いてもよい。
【００３４】
なお、本実施形態では、圧電体層７０を圧力発生室１２毎に独立して設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体層７０を複数の圧力発生室１２に亘って連続するように設けてもよい。本実施形態では、圧電体層７０を圧力発生室１２毎に切り分けて独立して設けることで、圧電体層７０が圧電素子３００の変位を阻害することがない。
【００３５】
第２電極８０は、複数の圧力発生室１２の並設方向に亘って連続して設けられている。ここで、第２電極８０が複数の圧力発生室１２に連続して設けられているとは、図３（ａ）に示すように、隣り合う圧力発生室１２の間で連続しているものも、また、隣り合う圧力発生室１２の間で一部切り分けられているものも含む。
【００３６】
また、第２電極８０は、圧力発生室１２の長手方向（圧力発生室１２の並設方向と交差する方向）において、圧力発生室１２に相対向する領域内に設けられている。すなわち、第２電極８０の長手方向（圧力発生室１２の長手方向）の端部は、圧力発生室１２の領域内に位置するように設けられている。
【００３７】
また、第２電極８０は、第１電極６０の延設部６５側で、第１電極６０よりも内側（圧力発生室１２の中央側）、すなわち、第１電極６０よりも圧力発生室１２側が端部となるように設けられており、第２電極８０が圧電体層７０の活性部３２０の長手方向の端部を規定している。
【００３８】
このような第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０で構成される圧電素子３００では、第１電極６０の幅方向（圧力発生室１２の短手方向であって並設方向のこと）の端部によって、圧電体層７０の実質的な駆動部である活性部３２０の短手方向（幅）の端部が規定され、第２電極８０の長さ方向（圧力発生室１２の長手方向）の端部によって、活性部３２０の長手方向の端部（長さ）が規定されている。そして、それ以外の圧電体層７０の領域、すなわち、第１電極６０及び第２電極８０の何れか一方又は両方が設けられていない領域を非活性部３３０としている。したがって、活性部３２０と非活性部３３０との境界は、第１電極６０と第２電極８０とによって規定されている。ここで、本実施形態では、圧力発生室１２の長手方向における活性部３２０と非活性部３３０との境界について、インク供給路１４側を境界Ａ、インク供給路１４とは反対側（延設部６５側）を境界Ｂとしている。
【００３９】
このような圧電素子３００の第１電極６０の上方、すなわち、第２電極８０側には、低誘電体層２００が設けられている。
【００４０】
低誘電体層２００は、圧力発生室１２の並設方向と交差する方向（圧力発生室１２の長手方向）において、活性部３２０と非活性部３３０との境界Ａ、Ｂの一方の境界Ａの活性部３２０側に設けられたものであり、本実施形態では、活性部３２０と非活性部３３０とに亘って、すなわち、境界Ａを跨って連続して設けられている。
【００４１】
このような低誘電体層２００は、本実施形態では、第１電極６０の直上、すなわち、第１電極６０と圧電体層７０との間に設けられている。また、本実施形態では、低誘電体層２００を圧電体層７０の幅（圧電素子３００の並設方向）に亘って設けるようにした。
【００４２】
なお、低誘電体層２００は、活性部３２０の中央部の圧電体層７０よりも低い誘電率を有する材料である。具体的には、低誘電体層２００としてセラミックス材料を使用することができ、セラミックス材料としては、例えば、ＴｉＯ3、ＺｒＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＳｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＬａＦｅＯ3、ＢｉＦｅＯ3等が挙げられる。また、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛を用いた場合には、低誘電体層２００として、圧電体層７０と同じ材料で且つ圧電体層７０よりも誘電率の低いＰｂＴｉＯ3や、ＰｂＺｒＴｉＯ3等を用いるのが好ましい。このように、圧電体層７０よりも誘電率の低いチタン酸ジルコン酸鉛は、圧電体層７０よりもチタン（Ｔｉ）を多く含有するようにすればよい。ちなみに、低誘電体層２００を圧電体層７０と同じ材料で且つ圧電体層７０よりも誘電率が低いものを用いることで、圧電体層７０と低誘電体層２００との剛性やヤング率等の特性に大きな差が生じることがなく、圧電素子３００全体の変位特性を低下させることがなく、また、低誘電体層２００と圧電体層７０や第１電極６０等との層間剥離を発生し難くすることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、圧力発生室１２の長手方向におけるインク供給路１４とは反対側の活性部３２０と非活性部３３０との境界Ｂにも、活性部３２０側の第１電極６０と第２電極８０との間に低誘電体層２００が設けられている。本実施形態では、境界Ｂにおいても、境界Ａ側の低誘電体層２００と同様に、活性部３２０と非活性部３３０とに亘って、すなわち、境界Ｂを跨って低誘電体層２００を設けるようにした。
【００４４】
ここで、第１電極６０のインク供給路１４とは反対側には、上述のように圧電体層７０の外部まで延設された延設部６５が設けられている。この延設部６５は、活性部３２０の第１電極６０に連続して、圧力発生室１２の外側まで延設されており、延設部６５の延設された端部に後述する駆動回路１２０の接続配線１２１が接続される。
【００４５】
このように、第１電極６０の上方に活性部３２０と非活性部３３０とに亘って低誘電体層２００を設けることによって、低誘電体層２００が設けられた活性部３２０の端部（境界Ａ）近傍では、圧電体層７０に印加される電界が減少する。ここで圧電体層７０は、電界強度に応じて変位量が変化するため、第１電極６０と第２電極８０との間に低誘電体層２００が設けられた境界Ａを跨った領域では、活性部３２０の中央部（圧電体層７０のみで構成される領域）に比べて変位量が低下する。ちなみに、非活性部３３０では、圧電体層７０に電界は印加されない。このように、圧力発生室１２の長手方向において、圧電体層７０には、電界が印加される領域（活性部３２０）と、電界が印加されない領域（非活性部３３０）とが存在し、このうち、電界が印加される領域（活性部３２０）では、大きく変位する中央側（低誘電体層２００が設けられていない領域）と、活性部３２０と非活性部３３０との境界領域（境界Ａ及びその近傍）で中央よりも変位量を小さくする領域とが存在する。ちなみに、低誘電体層２００が設けられていない圧電素子３００に電圧を印加して変形させると、図４の点線で示す変形が行われて、活性部３２０と非活性部３３０との境界Ａに応力集中が発生する。これは、第２電極８０が設けられた活性部３２０と、第２電極８０が設けられていない非活性部３３０との境界Ａで第２電極８０の有無による剛性差が生じているからである。また、境界Ａの応力集中は、活性部３２０には電界が印加されて変形し、非活性部３３０には電界が印加されずに自発的に変形しない（活性部３２０の変形によって追随する変形は行われる）ことからも発生する。
【００４６】
しかしながら、本実施形態では、低誘電体層２００を設けることで、活性部３２０の非活性部３３０側の端部（境界Ａ）側の圧電体層７０に活性部３２０の中央側よりも低い電界を印加することができ、活性部３２０の非活性部３３０側の端部の変位量を減少させることができる。これにより、図４に示すように、圧電素子３００が変位した際の境界Ａ及びその近傍の傾斜角度を緩やかにすることができ、圧電体層７０の境界Ａ及びその近傍に応力が集中するのを低減して、クラック等の破壊が発生するのを抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、低誘電体層２００を活性部３２０と非活性部３３０とに境界Ａを跨って設けるようにした。すなわち、低誘電体層２００は、非活性部３３０の活性部３２０側の端部（境界Ａ側）にも設けられている。もちろん、低誘電体層２００は、活性部３２０側に設けられていれば、非活性部３３０に設けないようにしてもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、延設部６５側の活性部３２０と非活性部３３０との境界Ｂにも、第１電極６０上に活性部３２０と非活性部３３０とに亘って連続する低誘電体層２００を設けるようにしたため、上述した境界Ａ側の低誘電体層２００と同様に、境界Ｂ側の低誘電体層２００によっても圧電体層７０の境界Ｂ側の境界部分の応力集中を低減して、クラック等の破壊が発生するのを抑制することができる。
【００４９】
なお、活性部３２０と非活性部３３０との境界Ａ側では、非活性部３３０には、第１電極６０が設けられているが、第１電極６０は、圧力発生室１２の長手方向の端部よりも内側が端部となるように設けられている。これに対して、活性部３２０と非活性部３３０との境界Ｂ側の非活性部３３０では、圧力発生室１２の端部の外側まで第１電極６０（延設部６５）が設けられている。このため、境界Ｂの近傍に比べて境界Ａの近傍では、圧力発生室１２に相対向する領域内で、非活性部３３０の剛性と活性部３２０との剛性に大きな差が生じる。したがって、低誘電体層２００は、少なくとも境界Ａに設けるのが好適である。
【００５０】
また、本実施形態では、低誘電体層２００をインク供給路１４側と、延設部６５側の両方の境界Ａ、Ｂに設けるようにした。このため、これら２つの低誘電体層２００は、活性部３２０となる領域において、長手方向に対称とすることができる。
【００５１】
また、低誘電体層２００として、圧電体層７０とは結晶性の異なるものを用いることで、第１電極６０上に形成される圧電体層７０と、低誘電体層２００上に形成される圧電体層７０との結晶性を変化させることができる。具体的には、低誘電体層２００上に圧電体層７０をエピタキシャル成長によって結晶成長させると、下地である低誘電体層２００の結晶性の影響によって、第１電極６０上に形成した圧電体層７０に比べて低い結晶性を有する圧電体層７０が形成される。これにより、低誘電体層２００上に形成された圧電体層７０は、その他の領域に比べて低い圧電特性を有することになり、これによっても低誘電体層２００上の圧電体層７０の変位量を低下させて、活性部３２０と非活性部３３０との境界Ａ、Ｂ及びその近傍の応力集中を低減することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、低誘電体層２００を第１電極６０と圧電体層７０との間に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体層７０の厚さ方向の途中や、圧電体層７０と第２電極８０との間などに設けるようにしてもよい。ただし、上述のように、低誘電体層２００を、低誘電体層２００上に圧電体層７０が存在する位置、すなわち、圧電体層７０の厚さ方向の途中や、第１電極６０と圧電体層７０との間に設け、低誘電体層２００の上に圧電体層７０を薄膜成膜法（例えば、スパッタリングやＣＶＤ法、ゾル−ゲル法等）により設けることで、圧電体層７０を第１電極６０上に形成した結晶構造と、低誘電体層２００上に形成した結晶構造とを異なる構造とすることができ、低誘電体層２００上の圧電体層７０の結晶性を活性部３２０の中央部の圧電体層７０の結晶性よりも低下させて変位し難くすることで、応力集中をさらに効果的に低減できる。
【００５３】
また、本実施形態では、延設部６５が設けられた境界Ｂに低誘電体層２００を設けることで、境界Ｂの応力集中を抑制することができるが、低誘電体層２００は、第１電極６０上に設けられているに過ぎないため、低誘電体層２００が第１電極６０（延設部６５）の電気抵抗を上げることなく、圧電素子３００に印加する電圧が低下することがない。ちなみに、第１電極６０の境界Ｂ近傍の幅を狭めたり、開口を設けることでも圧電体層７０に印加する電界を低減することができるが、第１電極６０の幅を狭めたり、開口を設けると第１電極の抵抗が高くなり、圧電素子３００に印加する電圧が低下してしまう。本実施形態では、第１電極６０を変形することがないため、第１電極６０の電気抵抗が上がることがない。
【００５４】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０及び絶縁体膜５５上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板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。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にマニホールドと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００５５】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００５６】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、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した。
【００５７】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０と第１電極６０及び第２電極８０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００５８】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板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からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。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。
【００５９】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部のインク供給手段と接続したインク導入口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１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、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。
【００６０】
このとき、第１電極６０の延設部６５とは反対側の活性部３２０と非活性部３３０との境界Ａに、活性部３２０と非活性部３３０とに亘って境界Ａを跨る低誘電体層２００を設けることで、活性部３２０と非活性部３３０との境界Ａへの応力集中が抑制される。同様に、延設部６５側の境界Ｂにも低誘電体層２００を設けることで、延設部６５側の活性部３２０と非活性部３３０との境界Ｂへの応力集中が抑制される。
【００６１】
以下、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図５〜図９は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【００６２】
まず、図５（ａ）に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する酸化膜５１を形成する。この酸化膜５１の形成方法は、特に限定されないが、例えば、流路形成基板用ウェハー１１０を拡散炉等で熱酸化することにより形成すればよい。次に、図５（ｂ）に示すように、弾性膜５０（酸化膜５１）上に、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００６３】
次いで、図５（ｃ）に示すように、例えば、白金及びイリジウムからなる第１電極６０を絶縁体膜５５の全面に亘って形成する。第１電極６０は、例えば、スパッタリング法などにより形成することができる。
【００６４】
次いで、図６（ａ）に示すように、第１電極６０上にチタン（Ｔｉ）からなる結晶種層６１を形成する。この結晶種層６１は、３．５〜５．５ｎｍの厚さで形成する。なお、結晶種層６１の厚さは、４．０ｎｍが好ましい。本実施形態では、結晶種層６１を４．０ｎｍの厚さで形成した。なお、本実施形態では、結晶種層６１として、チタン（Ｔｉ）を用いるようにしたが、結晶種層６１は、後の工程で圧電体層７０を形成する際に、圧電体層７０の結晶の核となるものであれば、特にこれに限定されず、例えば、結晶種層６１として、酸化チタン（ＴｉＯ2）を用いてもよい。
【００６５】
次いで、図６（ｂ）に示すように、低誘電体層２００を形成する領域、本実施形態では、境界Ａを跨った領域と、境界Ｂを跨った領域（図示なし）とに、チタン（Ｔｉ）からなる低誘電体層形成層６２を形成する。本実施形態では、低誘電体層形成層６２を２０ｎｍの厚さで形成した。これら結晶種層６１及び低誘電体層形成層６２は、それぞれスパッタリング法により形成することができる。この低誘電体層形成層６２のチタンが、後述する圧電体膜７２に拡散することで酸化を起こし、ＰｂＴｉＯ3やＴｉＯ2などの低誘電体層２００が形成される。
【００６６】
次に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。また、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法等を用いてもよい。
【００６７】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図６（ｃ）に示すように、結晶種層６１及び低誘電体層形成層６２上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７１を成膜する。すなわち、結晶種層６１及び低誘電体層形成層６２が形成された流路形成基板１０上に金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。次に、図６（ｄ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。この焼成工程の加熱によって、結晶種層６１及び低誘電体層形成層６２のチタンは、圧電体膜７２の膜中に拡散する。このとき、低誘電体層形成層６２が設けられた領域の圧電体膜７２は、その他の領域（低誘電体層形成層６２が形成されていない領域）に比べて、チタンが多く拡散されるため、低誘電体層形成層６２上には他の領域よりもチタンリッチなＰＺＴが形成される。そして、他の領域に比べてチタンが多く含有したチタンリッチなＰＺＴは、モノクリニック構造を有する他の領域とは結晶性が異なるテトラゴナル構造となり、誘電率が低くなることから低誘電体層２００として用いることができる。ちなみに、結晶種層６１や低誘電体層形成層６２等は圧電体膜７２に拡散するものであるが、圧電体膜７２と第１電極６０との界面に残留していてもよい。
【００６８】
なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。
【００６９】
そして、図７（ａ）に示すように、第１電極６０上に圧電体膜７２の１層目を形成した段階で、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７２をそれらの側面が傾斜するように同時にパターニングする。
【００７０】
このように、１層目の圧電体膜７２を形成した後に第１電極６０と同時にパターニングすれば、１層目の圧電体膜７２は２層目以降の圧電体膜７２を良好に結晶成長させる種（シード）としても性質が強く、たとえパターニングで表層に極薄い変質層が形成されていても２層目以降の圧電体膜７２の結晶成長に大きな影響を与えない。
【００７１】
そして、パターニングした後、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことで、図７（ｂ）に示すような複数層の圧電体膜７２からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。このように複数層の圧電体膜７２を形成した際に、上述のように低誘電体層２００上に形成された圧電体膜７２は、その他の圧電体膜７２に比べて結晶性が低く、変位特性を低下させることができる。
【００７２】
次に、図８（ａ）に示すように、圧電体層７０上にイリジウム（Ｉｒ）からなる第２電極８０を形成する。
【００７３】
次に、図８（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０を、それぞれ各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。
【００７４】
次に、図８（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤３５を介して接合する。なお、この保護基板用ウェハー１３０は、例えば、数百μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハー１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハー１１０の剛性は著しく向上することになる。そして、図９（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さとする。
【００７５】
次いで、図９（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図９（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００７６】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００７７】
（実施形態２）
図１０は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部を拡大した平面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７８】
図１０に示すように、実施形態２の圧電素子３００Ａは、第１電極６０、低誘電体層２００Ａ、圧電体層７０及び第２電極８０を有する。
【００７９】
低誘電体層２００Ａは、圧力発生室１２の長手方向（並設方向と交差する方向）における活性部３２０と非活性部３３０とのインク供給路１４側の境界Ａに、活性部３２０と非活性部３３０とに亘って境界Ａを跨いで連続して設けられている。
【００８０】
また、低誘電体層２００Ａは、活性部３２０側から境界Ａに向かって第１電極６０を覆う幅が漸大するように設けられている。言い換えると、低誘電体層２００Ａは、第１電極６０を第２電極８０側から平面視した際に、前記第１電極６０に重なる幅が、活性部３２０から境界Ａに向かって漸大するように設けられている。
【００８１】
本実施形態では、低誘電体層２００Ａの活性部３２０側に、第１電極６０の境界Ａ側の端部を境界Ａに向かって徐々に露出する三角形状に切り欠いた開口であるテーパー部２０１を設けるようにした。また、本実施形態のテーパー部２０１は、活性部３２０と非活性部３３０とに亘って境界Ａを跨いで連続して設けられることで、テーパー部２０１は、活性部３２０と非活性部３３０とに亘って第１電極６０の表面を覆う幅が漸大するようになっている。
【００８２】
このようなテーパー部２０１の内側面の角度θは、第１電極６０の側面に対して４５度以下で形成されている。すなわち、テーパー部２０１の境界Ａ側の先端の角度は９０度以下となっている。このようにテーパー部２０１の角度を規定することにより、活性部３２０と非活性部３３０との境界に向かって圧電体層７０に大きな電界を印加する面積の漸小率を好適な値に設定でき、活性部３２０と非活性部３３０との境界部分への応力集中を確実に低減して、応力集中によるクラックの発生を抑制することができる。
【００８３】
また、テーパー部２０１の第１電極６０を覆う境界Ａの幅ｗ1は、第１電極６０の幅ｗ0に対して５０％以下が好ましく、２５％〜５０％が好適である。このように、境界Ａの幅ｗ1を規定することで、境界のテーパー部２０１による応力の分散を確実に行うことができる。
【００８４】
このように本実施形態の圧電素子３００Ａには、境界Ａにテーパー部２０１を有する低誘電体層２００Ａが設けられているため、活性部３２０の圧電体層７０に大きな電界が印加される面積が、境界Ａに向かって徐々に漸減する。言い換えると、活性部３２０の非活性部３３０側の圧電体層７０には、低誘電体層２００Ａによって電界が遮蔽されて弱い電界が印加される領域が、境界Ａに向かって徐々に漸大する。ここで上述のように、圧電体層７０は、電界が印加される面積に対応して変位量が変化するため、テーパー部２０１が設けられた領域では、活性部３２０と非活性部３３０との境界Ａに向かって変位量が漸減する。この結果、圧電素子３００が変位した際の境界部分の傾斜角度がさらに緩やかになり、境界部分の応力集中を低減することができる。したがって、圧電体層７０の境界Ａ及びその近傍にクラック等の破壊が発生するのを抑制することができる。
【００８５】
また、本実施形態では、上述した実施形態１と同様に、インク供給路１４とは反対側の活性部３２０と非活性部３３０との境界Ｂに、活性部３２０から境界Ｂに向かって第１電極６０を覆う幅が漸大するテーパー部２０１を有する低誘電体層２００Ａを設けるようにした。このように、第１電極６０の延設部６５側の境界Ｂにも、テーパー部２０１を有する低誘電体層２００Ａを設けることによって、延設部６５側の活性部３２０と非活性部３３０との境界Ｂの応力集中を抑制して、クラック等の破壊が発生するのを低減することができる。
【００８６】
なお、本実施形態では、境界Ｂ側に低誘電体層２００Ａを１つだけ設けるようにしたが、特にこれに限定されない。ここでその他の例を図１１に示す。なお、図１１は、本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの変形例を示す平面図である。
【００８７】
図１１に示すように、第１電極６０の境界Ｂ側には、低誘電体層２００Ａを活性部３２０側と非活性部３３０との両方にそれぞれ１つずつ設け、活性部３２０側の低誘電体層２００Ａと非活性部３３０側の低誘電体層２００Ａとを境界Ｂで連続するようにした。また、各低誘電体層２００Ａのテーパー部２０１は、境界Ｂにおいて連続して開口するようにした。
【００８８】
このように境界Ｂに２つの低誘電体層２００Ａを設け、且つ各テーパー部２０１を境界Ｂに向かって開口率が漸大するようにしても、境界Ｂにおける応力集中を緩和することができる。
【００８９】
また、本実施形態では、低誘電体層２００Ａの位置について説明していないが、低誘電体層２００Ａは、上述した実施形態１と同様に、第１電極６０と圧電体層７０との間であっても、圧電体層７０の厚さ方向の途中であっても、圧電体層７０と第２電極８０との間であってもよい。ちなみに、低誘電体層２００Ａの第２電極８０側に圧電体層７０が存在し、且つ圧電体層７０を薄膜成膜法により形成することで、低誘電体層２００Ａ上の圧電体層７０の結晶性を低下させて、さらに境界Ａ、Ｂへの応力集中を低減することができる。
【００９０】
（実施形態３）
図１２は、本発明の実施形態３に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部を拡大した平面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００９１】
図１２に示すように、実施形態３の圧電素子３００Ｂは、第１電極６０、低誘電体層２００Ｂ、圧電体層７０及び第２電極８０を具備する。
【００９２】
低誘電体層２００Ｂは、圧力発生室１２の長手方向（並設方向と交差する方向）における活性部３２０と非活性部３３０とのインク供給路１４側の境界Ａに、活性部３２０と非活性部３３０とに亘って境界Ａを跨いで連続して設けられた複数の短冊状の第１低誘電部２０２を有する。これらの第１低誘電部２０２は、第１電極６０に相対向する領域に、第１電極６０の幅方向（圧電素子３００の並設方向）に沿って複数、本実施形態では、４個並設されている。
【００９３】
このような低誘電体層２００Ｂによっても、上述した実施形態１と同様に、境界Ａの応力集中を低減して、圧電体層７０にクラック等の破壊が発生するのを抑制することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、上述した実施形態１と同様に、インク供給路１４とは反対側の活性部３２０と非活性部３３０との境界Ｂにも低誘電体層２００Ｂを設けるようにした。このように、第１電極６０の延設部６５側の境界Ｂにも低誘電体層２００Ｂを設けることによって、延設部６５側の活性部３２０と非活性部３３０との境界Ｂの応力集中を抑制して、クラック等の破壊が発生するのを低減することができる。
【００９５】
また、本実施形態では、低誘電体層２００Ｂの位置について説明していないが、低誘電体層２００Ｂは、上述した実施形態１と同様に、第１電極６０と圧電体層７０との間であっても、圧電体層７０の厚さ方向の途中であっても、圧電体層７０と第２電極８０との間であってもよい。ちなみに、低誘電体層２００Ｂの第２電極８０側に圧電体層７０が存在し、且つ圧電体層７０を薄膜成膜法により形成することで、低誘電体層２００Ｂ上の圧電体層７０の結晶性を低下させて、さらに境界Ａ、Ｂへの応力集中を低減することができる。
【００９６】
（実施形態４）
図１３は、本発明の実施形態４に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部を拡大した平面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００９７】
図１３に示すように、実施形態３の圧電素子３００Ｃは、第１電極６０、低誘電体層２００Ｃ、圧電体層７０及び第２電極８０を具備する。
【００９８】
低誘電体層２００Ｃは、圧力発生室１２の長手方向（並設方向と交差する方向）における活性部３２０と非活性部３３０とのインク供給路１４側の境界Ａに、活性部３２０と非活性部３３０とに亘って境界Ａを跨いで不連続となるように設けられた複数の第２低誘電部２０３を有する。これらの第２低誘電部２０３は、第１電極６０に相対向する領域に、第１電極６０の長手方向（圧電素子３００の並設方向と交差する方向）に沿って複数設けられた列が、第１電極６０の幅方向に３列並設されている。
【００９９】
本実施形態では、第２低誘電部２０３を矩形状とし、単体では活性部３２０と非活性部３３０とに亘って連続して設けられていないが、複数の第２低誘電部２０３が境界Ａの両側（活性部３２０及び非活性部３３０）に設けられることで、複数の第２低誘電部２０３により構成される低誘電体層２００Ｃが、活性部３２０と非活性部３３０とに亘って設けられていることになる。
【０１００】
また、低誘電体層２００Ｃは、第１電極６０を覆う幅が活性部３２０から非活性部３３０に向かって徐々に大きくなる。本実施形態では、低誘電体層２００Ｃとして、上述のように活性部３２０から非活性部３３０に向かって並設された第２低誘電部２０３の列が３列設けられており、このうちの中心の１列において、活性部３２０の中央側の第２低誘電部２０３の面積を小さくし、非活性部３３０側の第２低誘電部２０３の面積を大きくするようにした。また、第２低誘電部２０３の並設されたその他の２列については、同じ開口面積となるようにした。これにより、低誘電体層２００Ｃは、活性部３２０から非活性部３３０に向かって、第１電極６０を覆う面積が徐々に漸大する。この結果、圧電素子３００が変位した際の境界部分の傾斜角度がさらに緩やかになり、境界部分の応力集中を低減することができる。したがって、圧電体層７０の境界Ａ及びその近傍にクラック等の破壊が発生するのを抑制することができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、上述した実施形態１と同様に、インク供給路１４とは反対側の活性部３２０と非活性部３３０との境界Ｂに、活性部３２０から境界Ｂに向かって第１電極６０を覆う幅が漸大する第２低誘電部２０３を有する低誘電体層２００Ｃを設けるようにした。このように、第１電極６０の延設部６５側の境界Ｂにも、低誘電体層２００Ｃを設けることによって、延設部６５側の活性部３２０と非活性部３３０との境界Ｂの応力集中を抑制して、クラック等の破壊が発生するのを低減することができる。
【０１０２】
もちろん、本実施形態においても、上述した実施形態２の図１１に示す例のように、低誘電体層２００Ｃを境界Ｂの両側の活性部３２０及び非活性部３３０のそれぞれに設けるようにしてもよい。
【０１０３】
また、本実施形態では、低誘電体層２００Ｃの位置について説明していないが、低誘電体層２００Ｃは、上述した実施形態１と同様に、第１電極６０と圧電体層７０との間であっても、圧電体層７０の厚さ方向の途中であっても、圧電体層７０と第２電極８０との間であってもよい。ちなみに、低誘電体層２００Ｃの第２電極８０側に圧電体層７０が存在し、且つ圧電体層７０を薄膜成膜法により形成することで、低誘電体層２００Ｃ上の圧電体層７０の結晶性を低下させて、さらに境界Ａ、Ｂへの応力集中を低減することができる。
【０１０４】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１〜４では、インク供給路１４とは反対側の活性部３２０の端部（境界Ｂ）にも、低誘電体層２００〜２００Ｃを設けるようにしたが、延設部６５側の低誘電体層２００〜２００Ｃは、それとは反対側であるインク供給路１４側の低誘電体層２００〜２００Ｃとは異なる組み合わせとしてもよい。
【０１０５】
また、上述した例では、低誘電体層２００〜２００Ｃを第１電極６０の直上に設けるようにしたが、上述したように、低誘電体層２００〜２００Ｃの位置はこれに限定されるものではない。ここで、低誘電体層２００〜２００Ｃの位置を変更した例を図１４に示す。なお、図１４は、他の実施形態に係る変形例を示す断面図である。図１４（ａ）に示すように、低誘電体層２００は、圧電体層７０の厚さ方向の途中に設けられていてもよい。また、図１４（ｂ）に示すように、低誘電体層２００は、圧電体層７０と第２電極８０との間に設けられていてもよい。
【０１０６】
さらに、上述した例では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
【０１０７】
また、上述した例では、圧電素子３００〜３００Ｃの上に耐湿度性を有する保護膜を設けなくても、第１電極６０の圧力発生室１２の長手方向における一端部は、圧電体層７０によって覆われているため、第１電極６０と第２電極８０との間で電流がリークすることがなく、圧電素子３００〜３００Ｃの破壊を抑制することができる。なお、第１電極６０の圧力発生室１２の長手方向の他端部は圧電体層７０に覆われていないが、第１電極６０と第２電極８０との間に距離があるため、特に影響が無い。もちろん、上述した例の圧電素子３００〜３００Ｃに耐湿度性を有する保護膜を設けることで、圧電素子３００〜３００Ｃをさらに確実に保護することができるが、上述した例の圧電素子３００〜３００Ｃのように保護膜を設けないようにすることで、保護膜が圧電素子３００〜３００Ｃの変位を阻害することがなく、大きな変位量を得ることができる。
【０１０８】
さらに、上述した例では、圧電体層７０を各圧力発生室１２毎に切り分けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧力発生室１２の並設方向に亘って連続する圧電体層７０を設けるようにしてもよい。この場合には、例えば、低誘電体層２００〜２００Ｃを圧電素子３００〜３００Ｃの並設方向に亘って連続して設けるようにしてもよい。
【０１０９】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１５は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【０１１０】
図１５に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び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。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【０１１１】
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及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【０１１２】
また、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
【０１１３】
なお、上述した例では、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することができる。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】
【０１１４】
Ａ、Ｂ  境界、  Ｉ  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  ＩＩ  インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、  １０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  連通部、  １４  インク供給路、  １５  連通路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  マニホールド部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ６０  第１電極、  ６５  延設部、  ７０  圧電体層、  ８０  第２電極、  １００  マニホールド、  １２０  駆動回路、  ２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ  低誘電体層、  ２０１  テーパー部、  ２０２  第１低誘電部、  ２０３  第２低誘電部、  ３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ  圧電素子、  ３２０  活性部、  ３３０  非活性部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年10月15日(2013.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極との間に圧電体層を有する圧電素子と、前記圧電素子に対応して設けられる圧力発生室と、を備える液体噴射ヘッドであって、
前記第１電極と前記第２電極とに挟持される活性部と前記第１電極と前記第２電極とに挟持されない非活性部との境界を含む領域に前記圧電体層よりも誘電率の低い低誘電体層が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記低誘電体層が、前記圧電体層とは異なる結晶構造を有することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記低誘電体層の誘電率が、前記活性部の中央部よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記低誘電体層が、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記低誘電体層が、前記第１電極の表面を覆う幅が、前記活性部側から前記境界に向かって漸大するように設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記低誘電体層が、前記活性部の短手方向の幅に亘って設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記低誘電体層が、短冊状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記低誘電体層が、不連続に形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記低誘電体層が、前記活性部の長手方向の両端部それぞれの前記境界に対応して個別に設けられていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
前記低誘電体層が、前記活性部の長手方向または短手方向のいずれかにおいて、対称となるように設けられていることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、第１電極と第２電極との間に圧電体層を有する圧電素子と、前記圧電素子に対応して設けられる圧力発生室と、を備える液体噴射ヘッドであって、前記第１電極と前記第２電極とに挟持される活性部と前記第１電極と前記第２電極とに挟持されない非活性部との境界を含む領域に前記圧電体層よりも誘電率の低い低誘電体層が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧電素子の活性部と非活性部との境界を含む領域に低誘電体層を設けることで、境界の圧電体層に印加される電界を低減させて、変位量を抑制することができる。これにより活性部と非活性部との境界への応力集中を低減して、圧電素子の破壊を抑制することができる。