(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた圧電体層と、
前記第１電極の前記圧電体層とは反対側に設けられた振動板と、を備え、
前記振動板には、前記圧電体層が前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた実質的に駆動部となる圧電体能動部の端部に他の領域よりも厚さが厚い部分が設けられているが、前記圧電体能動部の長手方向の中央部において短手方向の端部には他の領域よりも厚さが厚い部分が設けられていないことを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子において、
前記第２電極上に設けられた保護膜をさらに具備すると共に、前記保護膜には、前記第２電極を露出する開口部が前記圧電体能動部に対向して設けられていることを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電素子において、
前記振動板の厚い部分が、前記圧電素子の長手方向の端部まで延設されていることを特徴とする圧電素子。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電素子において、
前記振動板の厚い部分が、前記圧電素子の長手方向の端部外側まで延設されていることを特徴とする圧電素子。
【請求項５】
液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力発生室と、
各圧力発生室に圧力変化を生じさせる請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電素子と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記振動板の他の領域よりも厚さが厚い部分が、複数の前記圧電素子に亘って連続して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７】
請求項５又は６に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１電極の端部で規定される前記圧電体能動部の端部が、前記圧力発生室に対向する領域内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８】
請求項７に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記振動板の他の領域よりも厚さが厚い部分が、前記圧力発生室の端部を跨いで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９】
請求項５〜８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、第１電極、圧電体層及び第２電極を有する圧電素子、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】
圧電素子としては、電気的機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を２つの電極で挟んで構成し、これを振動板上に配置したものがある。このような圧電素子は、例えば撓み振動モードの圧電素子として液体噴射ヘッドに搭載される。液体噴射ヘッドの代表例としては、インク滴を吐出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、この振動板を変形させて圧力発生室のインクを振動させてノズル開口からインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６３３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に電圧を印加すると、圧電体層が２つの電極で挟まれた部分である圧電体能動部が実質的に駆動する。このため、圧電素子を駆動する際には、圧電体能動部とそれ圧電体能動部以外の部分とで、圧電体層の内部応力に大きな差が生じる。その結果、圧電素子の駆動時には、圧電体能動部の端部において圧電体層にクラック等の破壊が生じてしまう虞がある。
【０００５】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に限定されず、その他に用いられる圧電素子についても同様の問題を有する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電体能動部の端部における圧電体層の破壊を抑制できる圧電素子並びにそれを備え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】
【０００７】
上記課題を解決する本発明は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた圧電体層と、前記第１電極の前記圧電体層とは反対側に設けられた振動板と、を備え、前記振動板には、前記圧電体層が前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた実質的に駆動部となる圧電体能動部の端部に他の領域よりも厚さが厚い部分が設けられているが、前記圧電体能動部の長手方向の中央部において短手方向の端部には他の領域よりも厚さが厚い部分が設けられていないことを特徴とする圧電素子にある。
ここで、前記第２電極上に設けられた保護膜をさらに具備すると共に、前記保護膜には、前記第２電極を露出する開口部が前記圧電体能動部に対向して設けられていることが好ましい。
また前記振動板の厚い部分が、前記圧電素子の長手方向の端部まで延設されていることが好ましい。さらに前記振動板の厚い部分が、前記圧電素子の長手方向の端部外側まで延設されていることが好ましい。
また本願発明は、液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力発生室と、各圧力発生室に圧力変化を生じさせる請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電素子と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
ここで、前記振動板の他の領域よりも厚さが厚い部分が、複数の前記圧電素子に亘って連続して設けられていることが好ましい。
また前記第１電極の端部で規定される前記圧電体能動部の端部が、前記圧力発生室に対向する領域内に位置していることが好ましい。
また前記振動板の他の領域よりも厚さが厚い部分が、前記圧力発生室の端部を跨いで設けられていることが好ましい。
また本願発明は、このような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。
また他の態様は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた圧電体層と、前記第１電極の前記圧電体層とは反対側に設けられた振動板と、を備え、前記振動板は、前記圧電体層が前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた実質的に駆動部となる圧電体能動部の端部において他の領域よりも厚さが厚いことを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、圧電体能動部とそれ以外の部分（圧電体非能動部）との境界に応力が集中するのを抑制することができ、圧電体層にクラック等の破壊が生じるのを抑制することができる。
【０００８】
ここで、前記第２電極上に設けられた保護膜をさらに具備すると共に、前記保護膜には、前記第２電極を露出する開口部が前記圧電体能動部に対向して設けられていることが好ましい。これにより、保護膜によって圧電素子を保護でき、且つ保護膜によって圧電素子の変位が阻害されるのを抑制することができる。
【０００９】
また前記振動板の厚い部分が、前記圧電素子の長手方向の端部まで延設されていることが好ましい。さらに前記振動板の厚い部分が、前記圧電素子の長手方向の端部外側まで延設されていることが好ましい。これにより、圧電体層にクラック等の破壊が生じるのをより確実に抑制することができる。
【００１０】
また本願発明は、液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力発生室と、各圧力発生室に圧力変化を生じさせる上記のような圧電素子と、を具備す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、圧電体層に対するクラック等の破壊の発生を抑制でき、信頼性が向上した液体噴射ヘッドを実現できる。
【００１１】
ここで、前記振動板の他の領域よりも厚さが厚い部分が、複数の前記圧電素子に亘って連続して設けられていることが好ましい。これにより、振動板の他の領域よりも厚さが厚い部分を、圧電素子毎にパターニングして位置決めする必要がなく、振動板の厚さが厚い部分の位置ズレによる変位特性のばらつきを抑えることができる。
【００１２】
また前記第１電極の端部で規定される前記圧電体能動部の端部が、前記圧力発生室に対向する領域内に位置していることが好ましい。これにより、圧電体能動部の端部が流路形成基板によって拘束されないため、圧電素子の変位量が向上する。
【００１３】
また前記第１電極の端部で規定される圧電体能動部の端部が、前記圧力発生室に対向する領域内に位置している場合、前記振動板の他の領域よりも厚さが厚い部分が、前記圧力発生室の端部を跨いで設けられていることが好ましい。これにより、圧力発生室の端部における振動板の剛性が高くなるため、圧電素子の駆動時に、圧力発生室の端部における圧電体層や振動板の破壊の発生をより確実に抑制することができる。
【００１４】
また本願発明は、このような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、圧電素子の破壊を抑制した液体噴射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態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】本発明の実施形態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】本発明の実施形態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】本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの平面図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図１０】本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの平面図である。
【図１１】本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの断面図である。
【図１２】本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。
【図１３】本発明の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】
【００１６】
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は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′線断面図であり、図３は、図２の要部を拡大した断面図である。
【００１７】
図示するように、流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向の一端部側には、インク供給路１３と連通路１４とが隔壁１１によって区画されている。連通路１４の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１５が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路が設けられている。
【００１８】
インク供給路１３は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１３は、マニホールド１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。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１３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、流路の高さを絞ることでインク供給路を形成してもよい。各連通路１４は、インク供給路１３の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１３の幅方向（短手方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１４を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。
【００１９】
また流路形成基板１０の一方の面には、振動板５０が形成されている。本実施形態に係る振動板５０は、流路形成基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体膜５２とで構成されている。弾性膜５１は、厚さが例えば、０．５〜２μｍ程度、本実施形態では約１．０μｍの二酸化シリコンからなる。絶縁体膜５２は、厚さが例えば、約０．４μｍの酸化ジルコニウムからなる。なお圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を他方の面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の一方面は、振動板５０（弾性膜５１）で構成されている。
【００２０】
一方、流路形成基板１０の圧力発生室１２等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室１２のインク供給路１３とは反対側の端部近傍に連通するノズル２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱用着フィルム等によって接合されている。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。
【００２１】
振動板５０を構成する絶縁体膜５２上には、厚さが例えば、約０．２μｍの第１電極６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの第２電極８０とが積層形成されている。そして、これら弾性膜５１及び絶縁体膜５２で構成された振動板５０と、この振動板５０の上に設けられた第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０とを含む構成を圧電素子３００と称する。
【００２２】
圧電素子３００を構成する圧電体層７０は、第１電極６０及び第２電極８０の２つの電極で挟まれた部分に両電極への電圧印加により電圧歪みが生じる。この圧電素子３００の圧電歪みが生じる実質的な駆動部を圧電体能動部３２０と称する。圧電体層７０の一方側にしか電極が形成されていない部分は、両電極の電圧の印加によって電圧歪みが生じない。この圧電素子３００の圧電歪みが生じない部分を圧電体非能動部３３０と称する。
【００２３】
また圧電素子３００を構成する第１電極６０と第２電極８０とは、何れか一方の電極が複数の圧電素子３００に共通する共通電極を構成し、他方の電極が圧力発生室１２毎にパターニングされて圧電素子３００毎に独立する個別電極を構成する。本実施形態では、第１電極６０を複数の圧電素子３００に共通する共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００毎に独立する個別電極としている。
【００２４】
具体的には、第１電極６０は、圧力発生室１２の並設方向（圧電素子３００の短手方向）において複数の圧力発生室１２及び圧力発生室１２の間の隔壁１１に対向して連続して設けられて共通電極を構成している。なお第１電極６０は、圧力発生室１２の長手方向（圧電素子３００の長手方向）においては、圧力発生室１２の長さよりも短く形成されている。すなわち第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域の内側に位置している。また第２電極８０は、圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎に切り分けられて個別電極を構成している。
【００２５】
このような第１電極６０及び第２電極８０の端部が、圧電素子３００を構成する圧電体能動部３２０の端部を規定している。本実施形態では、圧電体能動部３２０は、第２電極８０側からの上面視において長方形状で形成されている。また圧電体能動部３２０は、圧力発生室１２の長方形状の長辺・短辺方向と同じ長辺・短辺方向となるように配置されている。そして圧力発生室１２の長手方向（圧電体能動部３２０の長手方向と同一方向）において、第１電極６０の端部は、第２電極８０の端部よりも内側（圧力発生室１２の中央側）に位置している。このため、圧力発生室１２の長手方向における圧電体能動部３２０の端部は第１電極６０によって規定されている。圧電体層７０及び第２電極８０は、圧力発生室１２の長手方向において、第１電極６０の端部の外側まで設けられている。本実施形態では、圧電体層７０及び第２電極８０は、圧力発生室１２の長手方向において、圧力発生室１２の外側の周壁上まで延設されている。
【００２６】
また上述のように、圧力発生室１２の短手方向、すなわち圧電素子３００の並設方向において、第１電極６０は複数の圧力発生室１２に対向して連続して設けられている。つまり圧力発生室１２の短手方向において、第２電極８０の端部は、第１電極６０よりも内側（圧力発生室１２の中央側）に位置している。このため圧力発生室１２の短手方向における圧電体能動部３２０の端部は第２電極８０によって規定されている。本実施形態では、圧力発生室１２の短手方向において、第２電極８０及び圧電体層７０の端部、すなわち圧電体能動部３２０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域内に位置している。
【００２７】
このように、圧電体能動部３２０の各端部を圧力発生室１２に対向する領域内に配置することで、圧電体能動部３２０の変位量を向上することができる。なお圧電体能動部３２０の端部を圧力発生室１２の周壁上に配置すると、周壁上に設けられた圧電体能動部３２０が流路形成基板１０に拘束されて、変位量が低下してしまう。
【００２８】
ところで圧電素子３００を構成する振動板５０は、圧電体能動部３２０の端部、特に、圧電素子３００の長手方向の端部、において他の領域よりも厚さが厚くなっている。本実施形態では、振動板５０が、圧電体能動部３２０の端部を跨いで設けられて他の領域よりも厚さが厚い厚肉部５３を備えている。なお、ここでいう他の領域とは、厚肉部５３よりも内側（圧電体能動部３２０の中央部側）の領域をいう。
【００２９】
本実施形態に係る厚肉部５３は、絶縁体膜５２の厚さが他の部分よりも厚くなっている。なお厚肉部５３は、弾性膜５１の厚さが他の部分よりも厚くなっていてもよいし、弾性膜５１と絶縁体膜５２との両方の厚さが他の部分よりも厚くなっていてもよい。
【００３０】
このように振動板５０に厚肉部５３が設けられていることにより、圧電体能動部３２０の端部における応力集中を抑制することができる。詳細には、圧電体能動部３２０には、第１電極６０及び第２電極８０の両方が形成されているものの、圧電体非能動部３３０には、第１電極６０が形成されておらず、第２電極８０のみが形成されている。このため、圧電体能動部３２０の端部、すなわち圧電体能動部３２０と圧電体非能動部３３０との境界において、圧電素子３００の剛性が大きく変化する。したがって、圧電体能動部３２０を駆動すると、圧電体能動部３２０と圧電体非能動部３３０との境界の圧電体層７０に、圧電体能動部３２０と圧電体非能動部３３０の剛性の違いに起因するクラック等の破壊が発生してしまう虞がある。しかしながら本実施形態では、振動板の厚肉部５３が、圧電体能動部３２０と圧電体非能動部３３０との境界を跨いで設けられているため、圧電体能動部３２０と圧電体非能動部３３０との境界における剛性の急激な変化が抑えられる。すなわち圧電体能動部３２０と圧電体非能動部３３０との境界における応力集中の発生が抑えられる。したがって、圧電体能動部３２０と圧電体非能動部３３０との境界において圧電体層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。
【００３１】
また本実施形態では、厚肉部５３は、圧力発生室１２の長手方向の端部を跨いで設けられている。すなわち厚肉部５３は、圧力発生室１２の外側の周壁上まで延設されている。これにより、圧電体能動部３２０と圧電体非能動部３３０との境界における圧電体層７０の破壊をより確実に抑制することができる。
【００３２】
また本実施形態では、厚肉部５３は、圧電体能動部３２０の長手方向の両端部に、圧電体能動部３２０の短手方向に亘って設けられている。すなわち、圧電体能動部３２０の長手方向中央部において、圧電体能動部３２０の短手方向の両端部に厚肉部５３は設けられていない。これにより圧電素子３００を良好に変位させることができる。
【００３３】
ちなみに圧電体能動部３２０は、短手方向に凸球面又は凹球面状に撓み変形し易い。このため、圧電体能動部３２０の短手方向の端部に、圧電体能動部３２０の長手方向に沿って厚肉部５３が延設されていると、圧電体能動部３２０の変形を著しく低下させてしまう虞がある。
【００３４】
また本実施形態では、厚肉部５３は、圧電素子３００（圧電体能動部３２０）の並設方向に沿って連続して設けられている。すなわち厚肉部５３は、圧力発生室１２及び圧力発生室１２の間の隔壁１１に対向して連続して設けられている。これにより、各圧力発生室１２に対向する領域のみに厚肉部５３を設けるのに比べて、パターニングによる位置ズレが生じ難い。したがって、各圧電体能動部３２０の変位特性の均一化、つまりインク滴（液体）の噴射特性の均一化を図ることができる。
【００３５】
なお圧電体能動部３２０に対向する部分の振動板５０が全面に亘って厚くなっていると、圧電体能動部３２０の変位を必要以上に阻害してしまうことになる。このため、振動板５０の圧電体能動部３２０の端部に対向する領域のみが、他の領域よりも厚さが厚くなっていることが好ましい。
【００３６】
このような圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。
【００３７】
また圧電素子３００は、保護膜２００によって覆われている。保護膜２００は、耐湿性を有する絶縁材料からなる。本実施形態では、保護膜２００が、圧電体層７０の側面と第２電極８０の側面及び上面の周縁部を覆い、且つ複数の圧電素子３００に亘って連続して設けられている。すなわち、第２電極８０の上面の略中心領域である主要部は、保護膜２００が設けられておらず、第２電極８０の上面の主要部を開口する開口部２０１が設けられている。
【００３８】
開口部２０１は、保護膜２００を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向に沿って矩形状に開口するものである。この開口部２０１は、例えば、流路形成基板１０上の全面に亘って保護膜２００を形成した後、保護膜２００を選択的にパターニングすることで形成することができる。
【００３９】
このように圧電素子３００の圧電体層７０が保護膜２００で覆われていることにより、大気中の水分等に起因する圧電体層７０の破壊を抑制することができる。保護膜２００の材料としては、耐湿性を有する材料であればよく、無機絶縁材料や有機絶縁材料などを用いることができる。
【００４０】
保護膜２００として利用できる無機絶縁材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯＸ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯＸ）、酸化タンタル（ＴａＯＸ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯＸ）及び酸化チタン（ＴｉＯＸ）から選択される少なくとも一種が挙げられる。保護膜２００の無機絶縁材料としては、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯＸ）、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのが好ましい。なお、無機絶縁材料からなる保護膜２００は、例えば、ＭＯＤ法、ゾル−ゲル法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成することができる。また無機絶縁材料からなる保護膜２００は、例えば、３０ｎｍ以上の厚さで形成されていることが好ましい。これにより、圧電体層７０の大気中の水分等の外部環境から確実に保護することができる。
【００４１】
一方、保護膜２００として利用できる有機絶縁材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、珪素系樹脂及びフッ素系樹脂から選択される少なくとも一種が挙げられる。なお、有機絶縁材料からなる保護膜２００は、例えば、スピンコート法、スプレー法等により形成することができる。また有機絶縁材料からなる保護膜２００は、例えば、１００ｎｍ以上の厚さで形成されていることが好ましい。これにより、圧電体層７０の大気中の水分等の外部環境から確実に保護することができる。
【００４２】
また、保護膜２００に開口部２０１が設けられていることにより、保護膜２００が圧電素子３００（圧電体能動部３２０）の変位を阻害するのを抑制でき、インク吐出特性を良好に維持することができる。
【００４３】
なお、保護膜２００は、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０の露出された表面（側面）を覆うように設けられていればよい。例えば、保護膜２００は、圧電素子３００毎にそれぞれ独立して設けられていてもよい。
【００４４】
また保護膜２００の開口部２０１の端部は、圧電体能動部３２０の端部よりも当該圧電体能動部３２０の中央側に位置していることが好ましい。すなわち、圧電体能動部３２０の端部と、保護膜２００の開口部２０１の端部とが、厚さ方向で重ならない位置に配置されていることが好ましい。これにより圧電素子３００の剛性を緩やかに変化させて、圧電体能動部３２０の端部への応力集中を低減することができる。
【００４５】
ちなみに、圧電体能動部３２０の端部と開口部２０１の端部とが厚さ方向で重なる位置に配置されていると、圧電素子３００及び保護膜２００全体の剛性が圧電体能動部３２０の端部で急激に変化することになる。すなわち圧電体能動部３２０と圧電体非能動部３３０との境界と、保護膜２００に覆われた領域と開口部２０１によって保護膜２００に覆われていない領域との境界と、が一致し、圧電素子３００及び保護膜２００全体の剛性が圧電体能動部３２０の端部で急激に変化することになる。このため圧電体能動部３２０の端部において、圧電体層７０に応力集中が発生し、圧電体層７０にクラック等の破壊が生じる虞がある。
【００４６】
保護膜２００上には、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の一端部は、保護膜２００に設けられた連通孔２０２を介して第２電極８０に接続されている。リード電極９０の他端部は、流路形成基板１０のインク供給路１３側まで延設されて、後述する圧電素子３００を駆動する駆動回路１２０と接続配線１２１を介して接続されている。
【００４７】
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、弾性膜５１及びリード電極９０上には、保護基板３０が接着剤３５によって接合されている。保護基板３０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が設けられている。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１５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。
【００４８】
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。
【００４９】
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い。本実施形態では、保護基板３０の材料として、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いる。
【００５０】
また保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その他端部が貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００５１】
また、保護基板３０上には、並設された複数の圧電素子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とリード電極９０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。
【００５２】
また保護基板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（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、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。
【００５３】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部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する。これにより振動板５０、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０がたわみ変形して各圧力発生室１２内の圧力が高まり、ノズル２１からインク滴が噴射される。
【００５４】
ここで、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩの製造方法について詳細に説明する。なお、図４〜図７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。
【００５５】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数一体的に形成されるシリコンウエハーである流路形成基板用ウエハー１１０の表面に弾性膜５１を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる二酸化シリコン膜１５１を形成する。
【００５６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５１（二酸化シリコン膜１５１）上に、絶縁体膜５２を構成する酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる酸化ジルコニウム膜１５２を形成する。これにより弾性膜５１及び絶縁体膜５２で構成される振動板５０が形成される。なお絶縁体膜５２を構成する酸化ジルコニウム膜１５２は、振動板の厚さが厚肉部５３の厚さとなるように所定の厚さで形成する。
【００５７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５２である酸化ジルコニウム膜１５２の一部を、その表面から厚さ方向の途中までエッチング、例えば、ドライエッチングすることにより除去して厚肉部５３を形成する。
【００５８】
また本実施形態では、厚肉部５３を、後の工程で形成する複数の圧電素子３００（圧電体能動部３２０）の並設方向に沿って連続して設けるようにした。これにより、各圧力発生室１２に対向する領域のみに厚肉部５３を設けるのに比べて、厚肉部５３と圧電素子３００（圧電体能動部３２０）や圧力発生室１２との位置ズレが生じにくい。したがって、各圧電体能動部３２０の変位特性の均一化、つまりインク滴（液体）の噴射特性の均一化を図ることができる。
【００５９】
次いで、図４（ｄ）に示すように、振動板５０を構成する絶縁体膜５２上に、白金及びイリジウムからなる第１電極６０を形成した後、所定形状にパターニングする。第１電極６０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法や化学蒸着法（ＣＶＤ法）などが挙げられる。なお、本実施形態では、第１電極６０の材料として白金及びイリジウムを用いているが、第１電極６０の材料は、これに限定されず、白金又はイリジウムだけであってもよく、またその他の金属材料を用いるようにしてもよい。
【００６０】
次に、図５（ａ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる第２電極８０とを流路形成基板用ウエハー１１０の全面に形成する。なお、圧電体層７０の形成方法は、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を形成した。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。
【００６１】
次に、図５（ｂ）に示すように、第２電極８０及び圧電体層７０を順次エッチングすることにより各圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する。ここで、第２電極８０及び圧電体層７０のエッチング方法としては、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
【００６２】
次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０の全面に亘って保護膜２００を形成すると共に保護膜２００をパターニングして開口部２０１等を形成する。保護膜２００の材料としては、本実施形態では、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いた。
【００６３】
次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、圧電素子３００毎にパターニングする。
【００６４】
次に、図６（ｂ）に示すように、保護基板用ウエハー１３０を、流路形成基板用ウエハー１１０上に接着剤３５によって接着する。ここで、保護基板用ウエハー１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものである。保護基板用ウエハー１３０には、マニホールド部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。保護基板用ウエハー１３０を接合することによって流路形成基板用ウエハー１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００６５】
次いで、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０を所定の厚みに薄くする。
【００６６】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０上にマスク５５を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０を、マスク５５を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いて異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、各圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５等を形成する。
【００６７】
その後は、流路形成基板用ウエハー１１０の表面のマスク５５を必要であれば除去し、流路形成基板用ウエハー１１０及び保護基板用ウエハー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、流路形成基板用ウエハー１１０の保護基板用ウエハー１３０とは反対側の面にノズル２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウエハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウエハー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。
【００６８】
（実施形態２）
図８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を示す平面図である。なお、上述した実施形態１の構成と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６９】
図８に示すように、本実施形態では、振動板５０の厚肉部５３Ａが、圧力発生室１２に対向する領域と、圧力発生室１２の長手方向の外側の領域とに設けられている。すなわち、厚肉部５３Ａは、複数の圧電素子３００（圧電体能動部３２０）に亘って連続して形成されておらず、圧電素子３００毎に切り分けられて設けられている。
【００７０】
このような厚肉部５３Ａが設けられた圧電素子３００であっても、上述した実施形態１と同様に、圧電体能動部３２０の端部における圧電体層７０の応力集中を抑制して、圧電体層７０にクラック等の破壊が生じるのを抑制することができる。
【００７１】
（実施形態３）
図９は、本発明の実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドを示す平面図及び圧電素子の長手方向の構成を示す断面図である。なお、上述した実施形態の構成と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７２】
図９に示すように、本実施形態では、圧電素子３００を構成する圧電体能動部３２０及び圧電体非能動部３３０が圧力発生室１２に対向する領域に設けられている。すなわち圧電素子３００の長手方向（圧力発生室１２の長手方向）において、圧電体非能動部３３０の端部が圧力発生室１２の端部よりも内側に位置している。
【００７３】
また圧電素子３００の長手方向において、振動板５０の厚肉部５３Ｂが、圧電素子３００の端部、すなわち圧電体非能動部３３０の端部まで延設されている。
【００７４】
さらに、この厚肉部５３Ｂは、圧電素子３００の長手方向の端部外側まで延設されている。換言すれば、圧電素子３００の長手方向の端部外側の振動板５０の厚さは、圧電体能動部３２０の中央部の振動板５０の厚さよりも厚くなっている。ここでは、厚肉部５３Ｂが圧電素子３００の長手方向の端部外側まで延設された部分を厚肉延設部５４という。
【００７５】
本実施形態のように厚肉部５３Ｂが圧電素子３００の長手方向端部まで、さらには端部外側まで延設されていることで、圧電素子３００の長手方向端部近傍における振動板５０の剛性が向上する。したがって、圧電素子３００の駆動時に、圧電素子３００の長手方向端部近傍における圧電体層７０や振動板５０にクラック等が発生するのをより確実に抑制することができる。
【００７６】
ところで、厚肉延設部５４における振動板５０の厚さｔ１は、圧電体能動部３２０の中央部における振動板５０の厚さｔ２よりも厚くなっていればよく、本実施形態では、厚肉部５３Ｂの厚さｔ３よりも薄くなっている。これにより、圧電素子３００の駆動による振動板５０の変形量を良好に確保しつつ、振動板５０にクラック等が発生するのを抑制することができる。
【００７７】
なお、圧電素子３００の長手方向の端部外側の振動板５０は、圧電体層７０をエッチングする際に、同時にエッチング（オーバーエッチング）される。結果として、厚肉延設部５４の厚さｔ１は、圧電体能動部３２０の中央部における振動板５０の厚さｔ２よりも厚いが、厚肉部５３Ｂの厚さｔ３よりも薄くなっている。言い換えれば、圧電素子３００の長手方向の端部外側に厚肉部５３Ｂが延設されていることで、圧電体層７０をエッチングする際に振動板５０がオーバーエッチされた場合でも、振動板５０の厚さが薄くなり過ぎることを防止できる。すなわち厚肉延設部５４が設けられていることで、圧電素子３００の長手方向の端部外側における振動板５０の剛性の低下を抑制することができる。
【００７８】
（実施形態４）
図１０は、本発明の実施形態４に係るインクジェット式記録ヘッドを示す平面図であり、図１１は、圧電素子の構成を示す断面図である。
【００７９】
本実施形態は、圧電素子３００の構成の変形例であり、上述の実施形態の構成と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８０】
上述の実施形態では、圧電素子３００の第１電極６０が共通電極であり、第２電極８０が個別電極である構成を例示したが、本実施形態は、圧電素子３００の個別電極と共通電極とを逆にした例である。すなわち、図１０及び図１１に示すように、圧電素子３００を構成する第１電極６０Ａは、圧力発生室１２毎に切り分けられて各圧電素子３００の個別電極を構成している。第１電極６０Ａにはリード電極９１が接続されている。リード電極９１は、第１電極６０Ａから保護基板３０の貫通孔３３まで延設されている。
【００８１】
一方、第２電極８０Ａは、圧力発生室１２の並設方向（圧電素子３００の短手方向）において複数の圧力発生室１２及び圧力発生室の間の隔壁１１に対向して連続して設けられて共通電極を構成している。
【００８２】
ここで、圧電素子３００の長手方向における第２電極８０Ａの端部は、第１電極６０Ａの端部よりも内側（圧力発生室１２の中央側）に位置している。つまり本実施形態では、圧電体能動部３２０の端部が第２電極８０Ａによって規定されている。一方、第１電極６０Ａは、圧電体層７０と共に第２電極８０Ａの端部の外側まで延設されている。本実施形態では、第１電極６０Ａ及び圧電体層７０は、圧力発生室１２の外側の周壁上まで延設されている。
【００８３】
そして本実施形態においても、振動板５０は、圧電体能動部３２０の端部に対向する部分に厚肉部５３Ｂを備えている。また厚肉部５３Ｂは、圧電素子３００の長手方向の端部外側まで延設されている。すなわち振動板５０が、圧電素子３００の長手方向の端部外側に厚肉延設部５４を備えている。
【００８４】
このような本実施形態の構成においても、上述した実施形態と同様に、圧電体能動部３２０の端部等における圧電体層７０や振動板５０にクラック等の破壊が生じるのを抑制することができる。
【００８５】
なお本実施形態では、圧電体能動部３２０を構成する圧電体層７０が第２電極８０Ａで実質的に覆われているため保護膜は設けられていないが、勿論、保護膜は設けられていてもよい。
【００８６】
また本実施形態では、圧電体能動部３２０に対応する部分の振動板５０は、圧電素子３００の短手方向において略一定の厚さで形成されていたが、この部分の振動板５０の構成は特に限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、圧電素子３００の短手方向において、圧電素子３００の端部外側の振動板５０の厚さｔ４が、圧電体能動部３２０に対応する部分の振動板５０の厚さｔ２よりも厚くなっていてもよい。すなわち振動板５０が、隔壁１１に対向する部分に厚肉延設部５４を備えるようにしてもよい。
【００８７】
これにより、圧電素子３００の駆動に伴う圧電体層７０や振動板５０の破壊をより確実に抑制することができる。
【００８８】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１及び２について説明したが、本発明の基本的構成は上述した
ものに限定されるものではない。
【００８９】
例えば、上述の実施形態では、弾性膜５１、絶縁体膜５２が振動板５０を構成するが、振動板の構成はこれに限定されるものではない。例えば、振動板は、弾性膜又は絶縁体膜の何れか一方のみで構成されていてもよい。
【００９０】
また上述した実施形態では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１０）面、（１１２）面のシリコン単結晶基板を例示したが、例えば、結晶面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
【００９１】
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１３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。
【００９２】
図１３に示すように、インクジェット式記録ヘッド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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
なお、上記実施の形態においては、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、また液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置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や液体噴射装置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、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。
【００９６】
また、本発明は、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子に限定されず、その他のデバイスにも用いることができる。その他のデバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、圧電トランス等が挙げられる。また、センサーとして用いられる圧電素子にも本発明は適用可能である。圧電素子が用いられるセンサーとしては、例えば、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー及び焦電センサー等が挙げられる。
【符号の説明】
【００９７】
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  インク供給路、  １４  連通路、  １５  連通部、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル、  ３０  保護基板、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  振動板、  ５１  弾性膜、  ５２  絶縁体膜、  ５３  厚肉部、  ５４  厚肉延設部、  ５５  マスク、  ６０  第１電極、  ７０  圧電体層、  ８０  第２電極、  ９０  リード電極、  １００  マニホールド、  １２０  駆動回路、  ２００  保護膜、  ２０１  開口部、  ３００  圧電素子、  ３２０  圧電体能動部、  ３３０  圧電体非能動部
【図１】
0005999301.tif 000002
【図２】
0005999301.tif 000003
【図３】
0005999301.tif 000004
【図４】
0005999301.tif 000005
【図５】
0005999301.tif 000006
【図６】
0005999301.tif 000007
【図７】
0005999301.tif 000008
【図８】
0005999301.tif 000009
【図９】
0005999301.tif 000010
【図１０】
0005999301.tif 000011
【図１１】
0005999301.tif 000012
【図１２】
0005999301.tif 000013
【図１３】
0005999301.tif 000014