(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電体層が焼損した場合でも振動板にクラックが発生するのを防止することができる液体噴射ヘッド及びそれを用いた液体噴射装置を提供する。【解決手段】液滴を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に設けられる振動板５０と、振動板５０上に設けられる圧電素子３００とを有し、振動板５０が、複数層の絶縁層５１，５２と、これら複数層の絶縁層５１，５２の間に設けられる延性材料からなる延性層５５とを有するようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられる振動板と、該振動板上に設けられる圧電素子とを有し、前記振動板が、複数層の絶縁層と、これら複数層の絶縁層の間に設けられる延性材料からなる延性層とを有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記延性層が、前記流路形成基板の全面に亘って設けられてい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】
前記流路形成基板がシリコン基板からなると共に前記振動板の最下層を構成する第１の絶縁層が酸化シリコンからなることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記第１の絶縁層上に酸化ジルコニウムからなる第２の絶縁層を有し、前記延性層が前記第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４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】
液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表例としては、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て圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。すなわち、インクジェット式記録ヘッドでは、振動板と圧電素子とで構成されるアクチュエータ装置によって圧力発生室内のインクを加圧することでノズル開口からインク滴を噴射させている。
【０００３】
このアクチュエータ装置としては、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードのものと、圧電素子を撓み変形させるたわみ振動モードのものとが、一般的に知られている。また、たわみ振動モードのアクチュエータ装置としては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。具体的には、例えば、二酸化シリコンからなる弾性膜と、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜とを含む振動板上に、下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子が形成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６２２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような圧電素子では、例えば、圧電体層内に導電性の異物が混入していたり、圧電体層の結晶粒界に微小な隙間が存在していたりする場合がある。このように圧電体層内に異物や隙間が存在していると、これら異物や隙間（空気）を介して上電極と下電極との間で絶縁破壊が生じ、圧電体層が焼損してしまうことがある。また、このような圧電体層の焼損は、圧電体層の経時劣化によって生じることも考えられる。
【０００６】
特許文献１に記載の構成のように振動板が脆性材料で形成されている場合、圧電体層に焼損が生じた際の衝撃によって振動板にクラックが発生してしまうという問題がある。この振動板のクラックが圧力発生室に達してクラックを介して圧力発生室内のインクが圧電素子側に漏出し、隣接する圧電素子にインクが付着して絶縁破壊を起こし、複数の圧電素子が連続的に破壊されてしまう虞がある。さらに、複数の圧電素子が破壊されることで大電流が流れてしまい、ヘッドの本体回路まで破壊されてしまう虞がある。
【０００７】
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なく、勿論、インク滴以外の液滴を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧電体層が焼損した場合でも振動板にクラックが発生するのを防止することができる液体噴射ヘッド及びそれを用いた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】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、液滴を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられる振動板と、該振動板上に設けられる圧電素子とを有し、前記振動板が、複数層の絶縁層と、これら複数層の絶縁層の間に設けられる延性材料からなる延性層とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。かかる本発明の構成では、振動板を構成する延性層にはクラックが生じることがないため、圧電体層が焼損した場合でも振動板に圧力発生室に達するクラックが生じることはない。したがって、振動板の圧電素子側への液体の漏出を防止することができる。
【００１０】
ここで、前記延性層が、前記流路形成基板の全面に亘って設けられていることが好ましい。これにより、圧力発生室に達するクラックが振動板に発生するのをより確実に防止することができる。
【００１１】
また、前記流路形成基板がシリコン基板からなると共に前記振動板の最下層を構成する第１の絶縁層が酸化シリコンからなる場合、第１の絶縁層にはクラックが生じやすいため、特に効果的である。
【００１２】
また、前記第１の絶縁層上に酸化ジルコニウムからなる第２の絶縁層を有し、前記延性層が前記第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に設けられていることが好ましい。これにより、圧電体層の成分が第１の絶縁層に拡散されてしまうのを防止しつつ、振動板にクラックが発生するのをより確実に防止することができる。
【００１３】
また本発明は、上記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。かかる本発明の液体噴射装置では、耐久性、信頼性等を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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に係る製造方法によって製造され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の平面図及び断面図である。
【００１５】
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を構成する流路形成基板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る。図示するように、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室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の長手方向一端部側には、隔壁１１によって区画され各圧力発生室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。さらに、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、後述する保護基板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。
【００１６】
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、本実施形態では、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。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。
【００１７】
流路形成基板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。
【００１８】
流路形成基板１０の開口面側には、複数のノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、例えば、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されており、各ノズル開口２１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それぞれ連通している。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。
【００１９】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の面には、詳しくは後述するが、複数層の絶縁層と、これら複数層の絶縁層の間に設けられる延性材料からなる延性層とを有する振動板５０が設けられている。さらに、この振動板５０上には下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５［μｍ］の圧電体層７０と、上電極膜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、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜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。そして、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５０とを合わせてアクチュエータ装置と称する。なお、各圧電素子３００の上電極膜８０には、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ている。
【００２０】
そして、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ことにより、圧電素子３００が撓み変形し、それに伴い振動板５０が変形することで各圧力発生室１２内の圧力が高まってノズル開口２１からインク滴が吐出される。
【００２１】
ここで、圧電素子３００と共にアクチュエータ装置を構成する振動板５０は、上述したように複数層の絶縁層と、これら複数層の絶縁層の間に設けられる延性材料からなる延性層とを有する。本実施形態に係る振動板５０は、脆性材料からなる第１の絶縁層である弾性膜５１と、第２の絶縁層である絶縁体膜５２と、これら弾性膜５１と絶縁体膜５２との間に設けられる延性層５５とを有する。
【００２２】
弾性膜５１は、流路形成基板１０を予め熱酸化することによって形成される例えば、厚さが０．５〜２［μｍ］程度の酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。絶縁体膜５２は、例えば、厚さが、０．４［μｍ］程度の酸化ジルコニウムからなる。
【００２３】
延性層５５は、例えば、金属材料等の延性を有する材料（延性材料）からなり、例えば、本実施形態では、流路形成基板１０の全面に亘って形成されている。延性層５５の材料としては、具体的には、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）等の延性の高い材料が好適に用いられるが、勿論、これらの金属材料に限定されず、例えばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等を基にする延性の高い合金を用いてもよい。
【００２４】
このように振動板５０を構成する弾性膜５１と絶縁体膜５２との間に、延性層５５が設けられていることで、圧電素子３００を駆動した際に、圧電体層７０に焼損が生じた場合でも、振動板５０に圧力発生室に達するクラックが発生するのを防止することができる。すなわち、圧電体層に焼損が生じた場合、絶縁体膜５２にはクラックが発生しても、延性層５５が変形することで、弾性膜５１にまでクラックが発生するのを防止することができる。
【００２５】
これにより、圧電体層７０に焼損が生じた圧電素子３００以外の圧電素子３００まで破壊されてしまうのを防止することができる。圧電体層７０に焼損が生じると、当然、焼損が生じた圧電体層７０を含む圧電素子３００は作動しなくなる。ただし、振動板５０に圧力発生室１２に達するクラックが生じてしまった場合、圧力発生室１２内のインクがこのクラックを介して振動板５０の圧電素子３００側まで漏出してしまう。そして、漏出したインクが隣接する圧電素子３００に付着することで隣接する圧電素子３００においても絶縁破壊が生じ、連鎖的に多数の圧電素子３００が破壊されてしまう虞がある。しかしながら、本発明では、振動板に延性層を設けるようにしたので、振動板に圧力発生室１２に達するクラックが生じることがないため、他の圧電素子３００の破壊が誘発されるのを防止することができる。
【００２６】
また、延性層５５の材料としては、振動板５０を構成する各層のうち、延性層５５よりも流路形成基板１０側に設けられる絶縁層（弾性膜５１）よりも融点が低く、且つ延性層５５よりも流路形成基板１０とは反対側に設けられる絶縁層（絶縁体膜５２）よりも融点が高い材料で形成されていることが好ましい。これにより、絶縁破壊による焼損が生じた際に、弾性膜５１に仮にクラックが生じた場合でも、焼損時の熱によって延性層５５が溶融され、この溶融した延性層５５がそのクラックに入り込むことでクラックは塞がれる。したがって、上述したような他の圧電素子３００の破壊が誘発されるのを防止することができる。
【００２７】
なお、このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００を保護するための圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が、例えば、接着剤３５によって接合されている。なお、圧電素子保持部３１によって画成される空間は、密封されていても、密封されていなくてもよい。また、保護基板３０には、複数の圧力発生室１２に供給するインクが貯留されるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部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と連通されてリザーバ１００を構成している。なお、流路形成基板１０の連通部１５を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３２のみをリザーバとしてもよい。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５１、絶縁体膜５２等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１３を設けるようにしてもよい。
【００２８】
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、ガラス材料、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と同一材料であるシリコン単結晶基板を用いている。
【００２９】
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が設けられており、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、この貫通孔３３内に露出されている。そして、図示しないがこの貫通孔３３内に延設されるボンディングワイヤ等からな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と各リード電極９０とが接続されている。
【００３０】
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（例えば、厚さが６［μｍ］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によってリザーバ部３２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３０［μｍ］のステンレス鋼（ＳＵＳ）等）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となっており、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。
【００３１】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、延性層５５が流路形成基板１０の全面に亘って設けられている例を説明したが、延性層５５は部分的に設けられていてもよい。具体的には、延性層５５は、圧力発生室１２に対向する領域に少なくとも設けられていればよい。これにより、圧電体層７０が焼損した場合でも、振動板５０に圧力発生室１２に達するクラックが生じるのを防止することができる。また、振動板５０が２層の絶縁層を含む例を説明したが、勿論、振動板５０は３層以上の絶縁層を含んでいてもよい。さらに、上述の実施形態では、絶縁層として、二酸化シリコンからなる弾性膜５１と酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２とを有する例を説明したが、絶縁層の材料は、これらに限定されるものではない。
【００３２】
また例えば、上述の実施形態では、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に設けられているため、実質的に振動板５０の一部を構成する。このように下電極膜６０は、勿論、振動板５０の一部を構成していてもよいが、必ずしも振動板５０の一部を構成する必要はない。
【００３３】
なお、上述した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３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。
【００３４】
図３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。そして、駆動モータ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。
【００３５】
また上述した実施形態においては、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の製造方法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、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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平面図及び断面図である。
【図３】一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
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  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  振動板、  ５１  弾性膜、  ５２  絶縁体膜、  ５５  延性層、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １００  リザーバ、  ３００  圧電素子
【図１】
2008200908.tif 000003
【図２】
2008200908.tif 000004
【図３】
2008200908.tif 000005