(57)【要約】【課題】信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】液体噴射ヘッドは、液滴を吐出するノズルに連通し、隔壁によって区画された圧力発生室が形成された圧力室形成部材と、前記圧力室形成部材の一方の面に設けられ、第１電極層、圧電体層、および第２電極層で積層されている圧電素子と、を備え、前記第１電極層は、前記圧力発生室に対応する位置に形成され、前記圧電体層は、前記圧力発生室に対応する位置であって、前記第１電極層の上面および端面を覆うように形成され、前記第２電極層は、前記圧電体層を覆うとともに、前記圧力発生室および前記隔壁の上部に対応した位置に形成された液体噴射ヘッドであって、前記隔壁の上部に形成された前記第２電極層の上に、樹脂層が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルに連通し、隔壁によって区画された圧力発生室が形成された圧力室形成部材と、前記圧力室形成部材の一方の面に設けられ、第１電極層、圧電体層、および第２電極層で積層されている圧電素子と、を備え、
前記第１電極層は、前記圧力発生室に対応する位置に形成され、
前記圧電体層は、前記圧力発生室に対応する位置であって、前記第１電極層の上面および端面を覆うように形成され、
前記第２電極層は、前記圧電体層を覆うとともに、前記圧力発生室および前記隔壁の上部に対応した位置に形成された液体噴射ヘッドであって、
前記隔壁の上部に形成された前記第２電極層の上に、樹脂層が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２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記樹脂層は、前記隔壁の上部に形成された前記第２電極層上および、前記圧力発生室に対応した位置に形成された前記第２電極層上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１または請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記樹脂層は、前記圧電素子の厚み以上の厚みを有し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から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記樹脂層は、感光性樹脂材であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電素子の上部を覆う保護基板を有し、前記保護基板と前記隔壁の上部に形成された前記樹脂層とが接していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１から５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、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載されているように、液滴を吐出するノズルに連通し、隔壁によって区画された圧力発生室が形成された圧力室形成部材と、圧力室形成部材の一方の面に設けられ、第１電極層、圧電体層、および第２電極層で積層されている圧電素子とを備えた液体噴射ヘッドが知られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の液体噴射ヘッドでは、圧電素子がたわむ際に隔壁端部に応力が集中しやすいために、隔壁端部から亀裂が発生してしまう課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部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。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る液体噴射ヘッドは、液滴を吐出するノズルに連通し、隔壁によって区画された圧力発生室が形成された圧力室形成部材と、前記圧力室形成部材の一方の面に設けられ、第１電極層、圧電体層、および第２電極層で積層されている圧電素子と、を備え、前記第１電極層は、前記圧力発生室に対応する位置に形成され、前記圧電体層は、前記圧力発生室に対応する位置であって、前記第１電極層の上面および端面を覆うように形成され、前記第２電極層は、前記圧電体層を覆うとともに、前記圧力発生室および前記隔壁の上部に対応した位置に形成された液体噴射ヘッドであって、前記隔壁の上部に形成された前記第２電極層の上に、樹脂層が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、隔壁の上部に樹脂層を設けることによって、圧電素子のたわみに対する隔壁の応力集中が緩和され、液体噴射ヘッドの損傷を防止することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドでは、前記樹脂層は、前記隔壁の上部に形成された前記第２電極層上および、前記圧力発生室に対応した位置に形成された前記第２電極層上に形成されていることが好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、隔壁の上部に加え、圧力発生室の上部にも樹脂層を設けることによって、さらに圧電素子のたわみに対する隔壁の応力集中が緩和され、液体噴射ヘッドの損傷を防止することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドでは、前記樹脂層は、前記圧電素子の厚み以上の厚みを有して形成されていることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、樹脂層を厚く形成することで、より圧電素子のたわみに対する隔壁の応力集中が緩和され、液体噴射ヘッドの損傷を防止することができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドでは、前記樹脂層は、感光性樹脂材であることが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、感光性樹脂材を用いることで、容易に樹脂層を形成することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドは、前記圧電素子の上部を覆う保護基板を有し、前記保護基板と前記隔壁の上部に形成された前記樹脂層とが接していることが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、隔壁の上部の樹脂層と保護基板とが接することで、隔壁に対して樹脂層が安定して押し当てられるため、隔壁の応力集中が緩和され、液体噴射ヘッドの損傷を防止することができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例にかかる液体噴射装置は、上記に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、液体噴射ヘッドの損傷が低減され、信頼性の高い液体噴射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図。
【図２】実施形態１に係る液体噴射ヘッドの平面図。
【図３】実施形態１に係る液体噴射ヘッドの断面図。
【図４】実施形態１に係る液体噴射ヘッドを示す一部断面図。
【図５】実施形態２に係る液体噴射ヘッドを示す一部断面図。
【図６】実施形態３に係る液体噴射ヘッドの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（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１の概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図であり、図４は、図２のＢ−Ｂ′一部断面図である。
【００２１】
図示するように、液体噴射ヘッド１において、圧力室形成部材１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）であるシリコン単結晶基板からなり、その一方面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。圧力室形成部材１０には、隔壁１１によって区画され一方の面が弾性膜５０で構成される複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。
【００２２】
圧力室形成部材１０には、圧力発生室１２の長手方向一端部側に、隔壁１１によって区画された各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５は、保護基板３０のリザーバ部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する。なお、圧力発生室１２の長手方向は平面図の図２においてＡ−Ａ′断面図に平行な方向であり、圧力発生室１２の短手方向及び幅方向は平面図の図２においてＢ−Ｂ′断面図に平行な方向である。また、厚さ方向とは、圧力室形成基板や保護基板３０等の厚さ方向であり、平面図の図２において紙面垂直な方向な方向である。
【００２３】
ここで、インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部１５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。例えば、インク供給路１３は、リザーバ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。また、各連通路１４は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。
【００２４】
なお、圧力室形成部材１０の材料として、本実施形態ではシリコン単結晶基板を用いているが、勿論これに限定されず、例えば、ガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いてもよい。
【００２５】
圧力室形成部材１０の開口面側には、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、ステンレス鋼などからなる。
【００２６】
一方、このような圧力室形成部材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、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極層６０と圧電体層７０と第２電極層８０とからなる圧電素子３００が形成されている。ここで、圧電素子３００は、第１電極層６０、圧電体層７０及び第２電極層８０を有する部分だけでなく、少なくとも圧電体層７０を有する部分を含む。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、他方の電極を圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。またここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて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電極層６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、第１電極層６０のみを残して第１電極層６０を振動板としてもよい。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。
【００２７】
ここで、本実施形態に係る圧電素子３００の構造について詳しく説明する。図４に示すように、圧電素子３００を構成する第１電極層６０は、各圧力発生室１２に対向する領域毎に、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられて各圧電素子３００の個別電極を構成している。また第１電極層６０は、各圧力発生室１２の長手方向一端部側から周壁上まで延設されている。そして第１電極層６０には、圧力発生室１２の外側の領域で、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。一方、圧力発生室１２の長手方向他端部側の第１電極層６０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。
【００２８】
圧電体層７０は、第１電極層６０の幅よりも広い幅で且つ圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられている。圧力発生室１２の長手方向においては、圧電体層７０の両端部は、圧力発生室１２の端部の外側まで延設されている。すなわち圧電体層７０は、圧力発生室１２に対向する領域の第１電極層６０の上面及び端面を完全に覆うように設けられている。なお、圧力発生室１２の長手方向一端部側の圧電体層７０の端部は、圧力発生室１２の端部近傍に位置しておりその外側の領域には第１電極層６０がさらに延設されている。
【００２９】
第２電極層８０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に形成され、また圧力発生室１２の長手方向他端部側から周壁上まで延設されている。すなわち、第２電極層８０は、圧力発生室１２に対向する領域の圧電体層７０の上面及び端面のほぼ全域を覆って設けられている。
【００３０】
このような圧電素子３００が形成された圧力室形成部材１０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部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。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。また、保護基板３０には、圧力室形成部材１０の連通部１５に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２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の並設方向に沿って設けられており、上述したように圧力室形成部材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リザーバ１００を構成している。
【００３１】
さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、第１電極層６０に接続されたリード電極９０の端部がこの貫通孔３３内に露出されている。そして、図示しないが、リード電極９０は、貫通孔３３内に延設される接続配線によって圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ等に接続される。
【００３２】
なお、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、圧力室形成部材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、本実施形態では、圧力室形成部材１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００３３】
この保護基板３０上には、さらに、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。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によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバ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、リザーバ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。
【００３４】
このような本実施形態の液体噴射ヘッド１では、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動ＩＣ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圧電素子３００に電圧を印加し、圧電素子３００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２１から液滴としてのインク滴が吐出する。
【００３５】
ここで、本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１では、隔壁１１の上部に形成された第２電極層８０の上（第２電極における絶縁体膜が位置する側とは反対側）に、樹脂層１１０が形成されている。具体的には、図１および図４に示すように、樹脂層１１０は、略直方体の形状を成し、隔壁１１の長手方向（圧力発生室１２の長手方向）に延設している。樹脂層１１０の短手方向（圧力発生室１２の短手方向、圧力発生室１２の幅方向）の両端部の幅は、隔壁１１の幅と同等かそれより広く形成されている。また、図１および図２に示すように、樹脂層１１０の長手方向の長さは、各圧力発生室１２に対応して形成された圧電素子３００の長手方向における長さと同等かそれより長く形成され、樹脂層１１０と各圧力発生室１２に対応して形成された圧電素子３００とが並列して形成されている。
【００３６】
また、本実施形態の樹脂層１１０の厚みは、圧電素子３００の厚みと同等以上の厚みを有していることが望ましい。例えば、圧電素子３００の厚みの１倍以上２倍以下で形成されることが望ましい。
【００３７】
また、本実施形態の樹脂層１１０の材料としては、例えば、感光性樹脂材を用いる。これにより、フォトリソグラフィ加工で形成することが可能となり、高精度かつ容易に樹脂層１１０を形成することができる。なお、樹脂層１１０の材料は感光性樹脂材に限定されず、例えば、熱硬化系樹脂材等を用いても構わない。
【００３８】
以上述べたように、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１によれば、圧電素子３００が駆動すると、弾性膜５０を含む振動板がたわみ、隔壁１１と弾性膜５０とが接続される部分（隔壁１１の端部）に応力が集中して、亀裂を生じてしまう可能性があるが、隔壁１１の上部に樹脂層１１０を設けることによって、弾性膜５０を含む振動板のたわみによる隔壁１１の応力集中が緩和され、液体噴射ヘッド１の損傷を防止する効果を得ることができる。
【００３９】
（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る液体噴射ヘッド１ａの断面図を示す。
なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
【００４０】
本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１ａでは、隔壁１１の上部に形成された第２電極層８０の上および、圧力発生室１２に対応する位置に形成された第２電極層８０上に、樹脂層１１０ａが形成されている。具体的には、図５に示すように、隔壁１１の上部に形成された第２電極層上の全領域、および圧力発生室１２の上部に形成された第２電極層上の全領域が樹脂層１１０ａで形成されている。
【００４１】
また、本実施形態の樹脂層１１０ａは、図５に示すように、表面が平坦になるように形成されている。すなわち、隔壁１１上部と圧電素子３００上部とでは、樹脂層１１０ａの厚みが異なっている。なお、図５のように樹脂層１１０ａが平坦に形成されずに、圧電素子３００の形状に沿って凹凸に形成されても構わない。すなわち、樹脂層１１０ａの厚みを均一としても良い。
【００４２】
なお、本実施形態の樹脂層１１０ａが形成される圧力発生室１２に対応する領域に関しては、圧力発生室１２上部に形成された第２電極層８０上の全領域に形成せずに、圧力発生室１２上部に形成された第２電極層８０上の少なくとも、圧電体層７０の両端部を含む部分に対応する領域に樹脂層１１０ａを形成しても良い。
【００４３】
以上述べたように、液体噴射ヘッド１ａによれば、実施形態１での効果に加えて、隔壁１１の上部に加え、圧力発生室１２の上部に形成された第２電極層８０上に樹脂層１１０ａに形成されることによって、さらに圧電素子３００（振動板）のたわみに対する隔壁１１の応力集中が緩和され、液体噴射ヘッド１ａの損傷を防止する効果を得ることができる。
【００４４】
（実施形態３）
図６は、実施形態３に係る液体噴射ヘッド１ｂの断面図を示す。
なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
【００４５】
本実施形態にかかる液体噴射ヘッド１ｂでは、圧電素子３００の上部を覆う保護基板３０を有し、保護基板３０と樹脂層１１０ｂとが接している。具体的には、図６に示すように、隔壁１１上部であって、第２電極層８０上に形成された樹脂層１１０ｂと、保護基板３０の内側面３０ａとが接した状態で、圧電素子３００上に保護基板３０が配置されている。なお、樹脂層１１０ｂと保護基板３０の内側面３０ａとを接着剤等で接合させても良い。
【００４６】
また、本実施形態の樹脂層１１０ｂは、１層のみで形成するのではなく、樹脂層１１０ｂが２層以上で構成されていても良い。
【００４７】
以上述べたように、液体噴射ヘッド１ｂによれば、実施形態１での効果に加えて、隔壁１１上部の第２電極層８０上に形成された樹脂層１１０ｂが保護基板３０と接することによって、さらに圧電素子３００（振動板）のたわみに対する隔壁１１の応力集中が緩和され、液体噴射ヘッド１ｂの損傷を防止する効果を得ることができる。
【００４８】
以上述べた液体噴射ヘッド１，１ａ，１ｂは、カートリッジ等と連動するインク流路を具備するインクジェット式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（液体噴射装置）に搭載される。ヘッドユニットを搭載したキャリッジは装置本体に取り付けられたキャリッジ軸に軸方向移動自在に設けられている。このヘッドユニットは、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。そして、駆動モーターの駆動力が複数の歯車およびタイミングベルトを介してキャリッジに伝達されることで、ヘッドユニットを搭載したキャリッジはキャリッジ軸に沿って移動される。一方、装置本体にはキャリッジ軸にそってプラテンが設けられており、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がプラテンに巻きつけられて搬送されるようになっている。なお、ヘッドがキャリッジに搭載されて主走査方向に移動するものを例として示したが、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が固定されて、紙等の記録シートを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、いわゆるライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
【００４９】
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。
【符号の説明】
【００５０】
１，１ａ，１ｂ…液体噴射ヘッド、１０…圧力室形成部材、１１…隔壁、１２…圧力発生室、２０…ノズルプレート、２１…ノズル、３０…保護基板、３０ａ…内側面、４０…コンプライアンス基板、５０…弾性膜、５５…絶縁体膜、６０…第１電極層、７０…圧電体層、８０…第２電極層、１００…リザーバ、１１０，１１０ａ，１１０ｂ…樹脂層、３００…圧電素子。
【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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