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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024127393
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置
(51)【国際特許分類】
B41J 2/14 20060101AFI20240912BHJP
【ＦＩ】
B41J2/14 607
B41J2/14 305
B41J2/14 613
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023036521
(22)【出願日】2023-03-09
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003177
【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】青木 崇
(72)【発明者】
【氏名】古池 晴信
(72)【発明者】
【氏名】王 敬齢
【テーマコード（参考）】
2C057
【Ｆターム（参考）】
2C057AG44
2C057AG55
2C057BA04
2C057BA14
(57)【要約】
【課題】液体吐出ヘッドの吐出効率を向上させる。
【解決手段】液体吐出ヘッドは、圧電素子と、ノズルに連通する圧力室が設けられた圧力室基板と、圧電素子の駆動により振動することにより、圧力室の液体に圧力を付与する振動板と、を有し、圧力室基板、振動板および圧電素子がこの順で積層方向に積層されており、振動板は、圧力室基板上に設けられた弾性膜と、弾性膜と圧電素子との間に設けられた絶縁膜と、を含み、圧縮応力を負の値、引張応力を正の値で表し、弾性膜の膜応力をＸ［ＭＰａ］とし、絶縁膜の膜応力をＺ［ＭＰａ］としたとき、Ｘ＞－０．４８Ｚ－９０４の関係を満たす。
【選択図】図６
【解決手段】液体吐出ヘッドは、圧電素子と、ノズルに連通する圧力室が設けられた圧力室基板と、圧電素子の駆動により振動することにより、圧力室の液体に圧力を付与する振動板と、を有し、圧力室基板、振動板および圧電素子がこの順で積層方向に積層されており、振動板は、圧力室基板上に設けられた弾性膜と、弾性膜と圧電素子との間に設けられた絶縁膜と、を含み、圧縮応力を負の値、引張応力を正の値で表し、弾性膜の膜応力をＸ［ＭＰａ］とし、絶縁膜の膜応力をＺ［ＭＰａ］としたとき、Ｘ＞－０．４８Ｚ－９０４の関係を満たす。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電素子と、
ノズルに連通する圧力室が設けられた圧力室基板と、
前記圧電素子の駆動により振動することにより、前記圧力室の液体に圧力を付与する振動板と、を有し、
前記圧力室基板、前記振動板および前記圧電素子がこの順で積層方向に積層されており、
前記振動板は、
前記圧力室基板上に設けられた弾性膜と、
前記弾性膜と前記圧電素子との間に設けられた絶縁膜と、を含み、
圧縮応力を負の値、引張応力を正の値で表し、
前記弾性膜の膜応力をＸ［ＭＰａ］とし、
前記絶縁膜の膜応力をＺ［ＭＰａ］としたとき、
Ｘ＞－０．４８Ｚ－９０４
の関係を満たす、
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
ノズルに連通する圧力室が設けられた圧力室基板と、
前記圧電素子の駆動により振動することにより、前記圧力室の液体に圧力を付与する振動板と、を有し、
前記圧力室基板、前記振動板および前記圧電素子がこの順で積層方向に積層されており、
前記振動板は、
前記圧力室基板上に設けられた弾性膜と、
前記弾性膜と前記圧電素子との間に設けられた絶縁膜と、を含み、
圧縮応力を負の値、引張応力を正の値で表し、
前記弾性膜の膜応力をＸ［ＭＰａ］とし、
前記絶縁膜の膜応力をＺ［ＭＰａ］としたとき、
Ｘ＞－０．４８Ｚ－９０４
の関係を満たす、
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項2】
前記弾性膜の膜応力と前記絶縁膜の膜応力とは、
Ｘ＞－０．３４Ｚ－４６０
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
Ｘ＞－０．３４Ｚ－４６０
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項3】
前記弾性膜を構成する材料は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃのうちから選択される１種または２種以上の元素を、単体、酸化物または窒化物のいずれかの状態で含む、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項4】
前記絶縁膜を構成する材料は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃ、Ｐｂのうちから選択される１種または２種以上の元素を、酸化物、窒化物のいずれかの状態で含む、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項5】
前記絶縁膜の厚さは、前記弾性膜の厚さよりも薄い、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項6】
前記振動板は、前記弾性膜と前記絶縁膜との間に設けられた密着膜をさらに含み、
前記密着膜の膜応力をＹ［ＭＰａ］としたとき、
Ｘ＞－０．２８Ｙ－７７８
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
前記密着膜の膜応力をＹ［ＭＰａ］としたとき、
Ｘ＞－０．２８Ｙ－７７８
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項7】
前記弾性膜の膜応力と前記密着膜の膜応力とは、
Ｘ＞－０．２９Ｙ－３３５
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
Ｘ＞－０．２９Ｙ－３３５
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項8】
前記密着膜を構成する材料は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃのうちから選択される１種または２種以上の元素を、単体、酸化物、窒化物のいずれかの状態で含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項9】
前記密着膜の厚さは、前記絶縁膜の厚さよりも薄い、
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項10】
前記密着膜の膜応力と前記絶縁膜の膜応力とは、
Ｚ＞－０．５９Ｙ－１０５９
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
Ｚ＞－０．５９Ｙ－１０５９
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項11】
前記密着膜の膜応力と前記絶縁膜の膜応力とは、
Ｚ＞－０．８２Ｙ－２２５
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
Ｚ＞－０．８２Ｙ－２２５
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項12】
前記密着膜の膜応力と前記絶縁膜の膜応力と前記弾性膜の膜応力とは、
－１０００＜Ｘ＜１０００、
－１０００＜Ｙ＜１０００、
－１０００＜Ｚ＜１０００、
の関係をそれぞれ満たす、
ことを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
－１０００＜Ｘ＜１０００、
－１０００＜Ｙ＜１０００、
－１０００＜Ｚ＜１０００、
の関係をそれぞれ満たす、
ことを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項13】
前記圧力室は、前記積層方向に直交する方向に延びる形状をなし、
前記圧電素子は、第１電極と圧電体と第２電極とを前記積層方向でのこの順に含み、
前記振動板は、前記積層方向にみて、
前記圧力室および前記圧電体の両方に重なる第１部分と、
前記第１部分と前記圧力室の幅方向での端との間で、前記圧電体に重ならずに前記圧力室に重なる第２部分と、を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記圧電素子は、第１電極と圧電体と第２電極とを前記積層方向でのこの順に含み、
前記振動板は、前記積層方向にみて、
前記圧力室および前記圧電体の両方に重なる第１部分と、
前記第１部分と前記圧力室の幅方向での端との間で、前記圧電体に重ならずに前記圧力室に重なる第２部分と、を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項14】
前記圧力室は、前記積層方向に直交する方向に延びる形状をなし、
前記弾性膜および前記絶縁膜のそれぞれは、前記積層方向にみて、前記圧力室の幅方向での全域にわたり前記圧力室に重なる、
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記弾性膜および前記絶縁膜のそれぞれは、前記積層方向にみて、前記圧力室の幅方向での全域にわたり前記圧力室に重なる、
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項15】
請求項１に記載の液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する制御部と、を備える、
ことを特徴とする液体吐出装置。
前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する制御部と、を備える、
ことを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ピエゾ方式のインクジェットプリンターに代表される液体吐出装置に用いる液体吐出ヘッドは、例えば、特許文献１に開示されるように、インク等の液体を吐出するノズルに連通する圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、この振動板を振動させる圧電素子と、を有する。特許文献１では、圧電素子の非駆動時に振動板が圧力室に向かう方向に撓んだ状態にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－１５２１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載されるように、圧電素子の非駆動時に振動板が圧力室に向かう方向に撓んだ状態にある構成では、この撓みが過度に大きい場合、圧電素子の駆動により振動板をさらに変位させようとしても、振動板の変位量が限界に近づいてしまう。このため、従来では、振動板の十分な変位を得ることができず、この結果、液体吐出ヘッドの吐出効率の低下を招いてしまう場合があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
以上の課題を解決するために、本開示に係る液体吐出ヘッドの一態様は、圧電素子と、ノズルに連通する圧力室が設けられた圧力室基板と、前記圧電素子の駆動により振動することにより、前記圧力室の液体に圧力を付与する振動板と、を有し、前記圧力室基板、前記振動板および前記圧電素子がこの順で積層方向に積層されており、前記振動板は、前記圧力室基板上に設けられた弾性膜と、前記弾性膜と前記圧電素子との間に設けられた絶縁膜と、を含み、圧縮応力を負の値、引張応力を正の値で表し、前記弾性膜の膜応力をＸ［ＭＰａ］とし、前記絶縁膜の膜応力をＺ［ＭＰａ］としたとき、Ｘ＞－０．４８Ｚ－９０４の関係を満たす。
【0006】
本開示に係る液体吐出装置の一態様は、前述の態様の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態に係る液体吐出装置を模式的に示す構成図である。
【図2】実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図4】実施形態に係る液体吐出ヘッドの一部を示す平面図である。
【図6】圧縮応力の優位な振動板の初期撓みを説明するための模式図である。
【図7】引張応力の優位な振動板の初期撓みを説明するための模式図である。
【図8】弾性膜の膜応力と絶縁膜の膜応力との関係に基づく振動板の変位効率比率を示す図である。
【図9】弾性膜の膜応力と密着膜の膜応力との関係に基づく振動板の変位効率比率を示す図である。
【図10】絶縁膜の膜応力と密着膜の膜応力との関係に基づく振動板の変位効率比率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、添付図面を参照しながら本開示に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法および縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。
【0009】
なお、以下の説明は、互いに交差するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜に用いて行う。また、以下では、Ｘ軸に沿う一方向がＸ１方向であり、Ｘ１方向と反対の方向がＸ２方向である。同様に、Ｙ軸に沿って互いに反対の方向がＹ１方向およびＹ２方向である。また、Ｚ軸に沿って互いに反対の方向がＺ１方向およびＺ２方向である。Ｚ１方向またはＺ２方向は、「積層方向」の一例である。また、Ｚ軸に沿う方向でみることを「平面視」という場合がある。
【0010】
ここで、典型的には、Ｚ軸が鉛直軸であり、Ｚ２方向が鉛直下方に相当する。ただし、Ｚ軸は、鉛直軸でなくともよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、例えば、８０°以上１００°以下の範囲内の角度で交差すればよい。
【0011】
１．実施形態
１－１．液体吐出装置の全体構成
図１は、実施形態に係る液体吐出装置１００を模式的に示す構成図である。液体吐出装置１００は、液体の一例であるインクを液滴として媒体Ｍに吐出するインクジェット方式の印刷装置である。媒体Ｍは、典型的には印刷用紙である。なお、媒体Ｍは、印刷用紙に限定されず、例えば、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象でもよい。
１－１．液体吐出装置の全体構成
図１は、実施形態に係る液体吐出装置１００を模式的に示す構成図である。液体吐出装置１００は、液体の一例であるインクを液滴として媒体Ｍに吐出するインクジェット方式の印刷装置である。媒体Ｍは、典型的には印刷用紙である。なお、媒体Ｍは、印刷用紙に限定されず、例えば、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象でもよい。
【0012】
図１に示すように、液体吐出装置１００は、液体容器１０と、「制御部」の一例である制御ユニット２０と、搬送機構３０と、移動機構４０と、液体吐出ヘッド５０と、を備える。
【0013】
液体容器１０は、インクを貯留する容器である。液体容器１０の具体的な態様としては、例えば、液体吐出装置１００に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、および、インクを補充可能なインクタンクが挙げられる。なお、液体容器１０に貯留されるインクの種類は、特に限定されず、任意である。
【0014】
制御ユニット２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、液体吐出装置１００の各要素の動作を制御する。ここで、制御ユニット２０は、液体吐出ヘッド５０の駆動を制御する。このため、後述するように、液体吐出ヘッド５０の吐出特性が優れることから、吐出特性に優れた液体吐出装置１００を提供することができる。
【0015】
搬送機構３０は、制御ユニット２０による制御のもとで、媒体ＭをＹ２方向に搬送する。移動機構４０は、制御ユニット２０による制御のもとで、液体吐出ヘッド５０をＸ１方向とＸ２方向とに往復させる。図１に示す例では、移動機構４０は、液体吐出ヘッド５０を収容する略箱型のキャリッジ４１と、キャリッジ４１が固定される搬送ベルト４２と、を有する。なお、キャリッジ４１に搭載される液体吐出ヘッド５０の数は、１個に限定されず、複数個でもよい。また、キャリッジ４１には、液体吐出ヘッド５０のほかに、前述の液体容器１０が搭載されてもよい。
【0016】
液体吐出ヘッド５０は、制御ユニット２０による制御のもとで、液体容器１０から供給されるインクを複数のノズルのそれぞれからＺ２方向に媒体Ｍに吐出する。この吐出が搬送機構３０による媒体Ｍの搬送と移動機構４０による液体吐出ヘッド５０の往復移動とに並行して行われることにより、媒体Ｍの表面にインクによる画像が形成される。なお、液体吐出ヘッド５０の構成および製造方法については、後に詳述する。
【0017】
１－２．液体吐出ヘッドの全体構成
図２は、実施形態に係る液体吐出ヘッド５０の分解斜視図である。図３は、図２中のＡ－Ａ線断面図である。図２および図３に示すように、液体吐出ヘッド５０は、流路基板５１と圧力室基板５２とノズル基板５３と吸振体５４と振動板５５と複数の圧電素子５６と封止板５７とケース５８と配線基板５９とを有する。
図２は、実施形態に係る液体吐出ヘッド５０の分解斜視図である。図３は、図２中のＡ－Ａ線断面図である。図２および図３に示すように、液体吐出ヘッド５０は、流路基板５１と圧力室基板５２とノズル基板５３と吸振体５４と振動板５５と複数の圧電素子５６と封止板５７とケース５８と配線基板５９とを有する。
【0018】
ここで、流路基板５１よりもＺ１方向に位置する領域には、圧力室基板５２と振動板５５と複数の圧電素子５６とケース５８と封止板５７とが設置される。他方、流路基板５１よりもＺ２方向に位置する領域には、ノズル基板５３と吸振体５４とが設置される。液体吐出ヘッド５０の各要素は、概略的にはＹ軸に沿う方向に長尺な板状部材であり、例えば接着剤により互いに接合される。
【0019】
図２に示すように、ノズル基板５３は、Ｙ軸に沿う方向に配列される複数のノズルＮが設けられる板状部材である。各ノズルＮは、インクを通過させる貫通孔である。ノズル基板５３は、例えば、ドライエッチングまたはウェットエッチング等の加工技術を用いる半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、ノズル基板５３の製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。
【0020】
流路基板５１は、インクの流路を形成するための板状部材である。図２および図３に示すように、流路基板５１には、開口部Ｒ１と複数の供給流路Ｒａと複数の連通流路Ｎａとが設けられる。開口部Ｒ１は、複数のノズルＮにわたり連続するように、Ｚ軸に沿う方向でみた平面視で、Ｙ軸に沿う方向に延びる長尺状の貫通孔である。他方、供給流路Ｒａおよび連通流路Ｎａそれぞれは、ノズルＮごとに個別に設けられる貫通孔である。複数の供給流路Ｒａのそれぞれは、開口部Ｒ１に連通する。流路基板５１は、前述のノズル基板５３と同様に、例えば、半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、流路基板５１の製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。
【0021】
圧力室基板５２は、複数のノズルＮに対応する複数の圧力室Ｃが形成される板状部材である。圧力室Ｃは、流路基板５１と振動板５５との間に位置し、当該圧力室Ｃ内に充填されるインクに圧力を付与するためのキャビティと称される空間である。複数の圧力室Ｃは、Ｙ軸に沿う方向に配列される。各圧力室Ｃは、圧力室基板５２の両面に開口する孔５２ａで構成されており、Ｘ軸に沿う方向に延びる長尺状をなす。各圧力室ＣのＸ２方向での端は、対応する供給流路Ｒａに連通する。一方、各圧力室ＣのＸ１方向での端は、対応する連通流路Ｎａに連通する。圧力室基板５２は、前述のノズル基板５３と同様に、例えば、半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、圧力室基板５２のそれぞれの製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。
【0022】
圧力室基板５２のＺ１方向を向く面には、振動板５５が配置される。振動板５５は、弾性的に変形可能な板状部材である。なお、振動板５５の詳細については、後に図５に基づいて説明する。
【0023】
振動板５５のＺ１方向を向く面には、互いに異なるノズルＮまたは圧力室Ｃに対応する複数の圧電素子５６が配置される。各圧電素子５６は、駆動信号の供給により変形する受動素子であり、Ｘ軸に沿う方向に延びる長尺状をなす。複数の圧電素子５６は、複数の圧力室Ｃに対応するようにＹ軸に沿う方向に配列される。圧電素子５６の変形に連動して振動板５５が振動すると、圧力室Ｃ内の圧力が変動することにより、インクがノズルＮから吐出される。なお、圧電素子５６の詳細については、後に図４および図５に基づいて説明する。
【0024】
ケース５８は、複数の圧力室Ｃに供給されるインクを貯留するためのケースであり、流路基板５１のＺ１方向を向く面に接着剤等により接合される。ケース５８は、例えば、樹脂材料で構成されており、射出成形により製造される。ケース５８には、収容部Ｒ２と導入口ＩＨとが設けられる。収容部Ｒ２は、流路基板５１の開口部Ｒ１に対応する外形の凹部である。導入口ＩＨは、収容部Ｒ２に連通する貫通孔である。開口部Ｒ１および収容部Ｒ２による空間は、インクを貯留するリザーバーである液体貯留室Ｒとして機能する。液体貯留室Ｒには、液体容器１０からのインクが導入口ＩＨを介して供給される。
【0025】
吸振体５４は、液体貯留室Ｒ内の圧力変動を吸収するための要素である。吸振体５４は、例えば、弾性変形可能な可撓性のシート部材であるコンプライアンス基板である。ここで、吸振体５４は、流路基板５１の開口部Ｒ１と複数の供給流路Ｒａとを閉塞して液体貯留室Ｒの底面を構成するように、流路基板５１のＺ２方向を向く面に配置される。
【0026】
封止板５７は、複数の圧電素子５６を保護するとともに圧力室基板５２および振動板５５の機械的な強度を補強する構造体である。封止板５７は、振動板５５の表面に例えば接着剤により接合される。封止板５７には、複数の圧電素子５６を収容する凹部が設けられる。
【0027】
圧力室基板５２または振動板５５のＺ１方向を向く面には、配線基板５９が接合される。配線基板５９は、制御ユニット２０と液体吐出ヘッド５０とを電気的に接続するための複数の配線が形成される実装部品である。配線基板５９は、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）またはＦＦＣ（Flexible Flat Cable）等の可撓性の配線基板である。配線基板５９には、圧電素子５６を駆動するための駆動回路６０が搭載される。駆動回路６０は、各圧電素子５６を駆動するための駆動信号を配線基板５９を介して各圧電素子５６に選択的に供給する。
【0028】
以上のように、液体吐出ヘッド５０は、圧電素子５６と、ノズルＮに連通する圧力室Ｃが設けられた圧力室基板５２と、圧電素子５６の駆動により振動することにより、圧力室Ｃの液体に圧力を付与する振動板５５と、を有する。ここで、前述のように、圧力室基板５２、振動板５５および圧電素子５６がこの順でＺ１方向に積層される。
【0029】
１－３．振動板および圧電素子の詳細
図４は、実施形態に係る液体吐出ヘッド５０の一部を示す平面図である。図５は、図４中のＢ－Ｂ線断面図である。以下、図４および図５に基づいて、圧力室基板５２、圧電素子５６および振動板５５をこの順で説明する。なお、図５では、説明の便宜上、振動板５５の０Ｖ撓みとも称される後述の初期撓みの図示が省略される。初期撓みについては、後に図６および図７に基づいて説明する。
図４は、実施形態に係る液体吐出ヘッド５０の一部を示す平面図である。図５は、図４中のＢ－Ｂ線断面図である。以下、図４および図５に基づいて、圧力室基板５２、圧電素子５６および振動板５５をこの順で説明する。なお、図５では、説明の便宜上、振動板５５の０Ｖ撓みとも称される後述の初期撓みの図示が省略される。初期撓みについては、後に図６および図７に基づいて説明する。
【0030】
図４および図５に示すように、圧力室基板５２には、圧力室Ｃを構成する孔５２ａが設けられる。これに伴い、圧力室基板５２には、互いに隣り合う２つの孔５２ａの間には、Ｘ軸に沿う方向に延びる壁状の隔壁５２ｂが設けられる。圧力室基板５２は、例えば、半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。図４では、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成した場合の孔５２ａの平面視形状が破線で示される。なお、孔５２ａの平面視形状は、図４に示す例に限定されず、任意である。
【0031】
ここで、圧力室Ｃの形成は、圧電素子５６の形成後に行われる。圧力室Ｃの形成は、例えば、圧電素子５６の形成後のシリコン単結晶基板の両面のうち圧電素子５６が形成される面とは異なる面を異方性エッチングすることにより行われる。このとき、当該異方性エッチングのエッチング液として、例えば、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）等が用いられる。また、このとき、弾性膜５５ａが酸化シリコンで構成される場合、弾性膜５５ａは、当該異方性エッチングを停止させる停止層として機能する。以上の圧力室Ｃの形成後、圧力室基板５２に流路基板５１等が接着剤により接合される。なお、圧電素子５６の形成後には、必要に応じて、当該シリコン単結晶基板の両面のうち圧電素子５６が形成される面とは反対の面がＣＭＰ（chemical mechanical polishing）等により研削され、当該面の平坦化または当該基板の厚さ調整が行われる。
【0032】
図４に示すように、平面視で、圧力室Ｃには、圧電素子５６が重なる。図５に示すように、圧電素子５６は、第１電極５６ａと圧電体５６ｂと第２電極５６ｃとを有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。なお、圧電素子５６は、電極と圧電体層が交互に多層に積層され、振動板５５に向けて伸縮する構成でもよい。また、圧電素子５６の層間、または圧電素子５６と振動板５５との間には、密着性を高めるための層等の他の層が適宜介在してもよい。
【0033】
第１電極５６ａは、圧電素子５６ごとに互いに離間して配置される個別電極である。具体的には、Ｘ軸に沿う方向に延びる複数の第１電極５６ａが、互いに間隔をあけてＹ軸に沿う方向に配列される。各圧電素子５６の第１電極５６ａには、制御ユニット２０から所定の電圧パルスを含む駆動信号が供給される。
【0034】
第１電極５６ａは、例えば、イリジウム（Ｉｒ）で構成される層と、チタン（Ｔｉ）で構成される層と、を有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。ここで、イリジウムは、導電性に優れた電極材料である。このため、第１電極５６ａの構成材料にイリジウムを用いることにより、第１電極５６ａの低抵抗化を図ることができる。また、チタンで構成される層は、圧電体５６ｂを形成する際に、島状のＴｉが結晶核となって圧電体５６ｂの配向を制御して、圧電体５６ｂの結晶性または配向性を高める。なお、イリジウムで構成される層に代えて、または、当該層に加えて、他の金属材料で構成される層が設けられてもよい。
【0035】
図４および図５に示す例では、圧電体５６ｂは、複数の圧電素子５６にわたり連続するようにＹ軸に沿う方向に延びる帯状をなす。図４に示す例では、圧電体５６ｂには、互いに隣り合う各圧力室Ｃの間隙に平面視で対応する領域に、圧電体５６ｂを貫通する貫通孔５６ｂ１がＸ軸に沿う方向に延びて設けられる。これにより、図５に示す断面でみて、圧電体５６ｂが圧電素子５６ごとに個別に設けられる。なお、圧電体５６ｂは、複数の圧電素子５６に個別に設けられてもよい。
【0036】
圧電体５６ｂは、一般組成式ＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する圧電材料で構成される。具体的には、圧電体５６ｂを構成する材料は、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バリウム（Ｂａ）、鉄（Ｆｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、リチウム（Ｌｉ）、炭素（Ｃ）、ランタン（Ｌａ）のうちから選択される１種または２種以上の元素を含む圧電材料である。当該圧電材料としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）等が挙げられ、特に限定されない。
【0037】
第２電極５６ｃは、複数の圧電素子５６にわたり連続するようにＹ軸に沿う方向に延びる帯状の共通電極である。第２電極５６ｃには、所定の定電位が供給される。
【0038】
第２電極５６ｃは、例えば、イリジウム（Ｉｒ）で構成される。なお、第２電極５６ｃの構成材料は、イリジウムに限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料でもよい。また、第２電極５６ｃは、これらの金属材料のうち、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を積層等の形態で組み合わせて用いてもよい。
【0039】
以上の第１電極５６ａ、圧電体５６ｂおよび第２電極５６ｃは、この順で振動板５５上に成膜されることにより得られる。第１電極５６ａおよび第２電極５６ｃのそれぞれは、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により形成される。圧電体５６ｂは、例えば、ゾルゲル法により圧電体の前駆体層を形成し、その前駆体層を焼成して結晶化することにより形成される。また、圧電体５６ｂには、第１電極５６ａと第２電極５６ｃとの間に電圧を印加することにより、分極処理が施される。
【0040】
以上の圧電素子５６では、第１電極５６ａと第２電極５６ｃとの間に電圧が印加されることにより、圧電体５６ｂが逆圧電効果により変形する。この変形に伴って、振動板５５が振動する。
【0041】
図５に示すように、振動板５５は、弾性膜５５ａと密着膜５５ｂと絶縁膜５５ｃとを有し、これらがこの順でＺ１方向に積層される。ここで、弾性膜５５ａは、圧力室基板５２上に設けられる。絶縁膜５５ｃは、弾性膜５５ａと圧電素子５６との間に設けられる。密着膜５５ｂは、弾性膜５５ａと絶縁膜５５ｃとの間に設けられる。
【0042】
なお、図５では、説明の便宜上、振動板５５を構成する層同士の界面が明確に図示されるが、当該界面が明確でなくともよく、例えば、互いに隣り合う２つの層の界面付近において当該２つの層の構成材料同士が混在してもよい。また、密着膜５５ｂは、必要に応じて設けられ、省略されてもよい。
【0043】
弾性膜５５ａは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成される膜である。ただし、弾性膜５５ａを構成する材料は、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力とが後述の関係を満たすことができればよく、ＳｉＯ２に限定されない。
【0044】
具体的には、弾性膜５５ａを構成する材料は、チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、ハウニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、炭素（Ｃ）のうちから選択される１種または２種以上の元素を、単体、酸化物または窒化物のいずれかの状態で含む材料でもよい。このような材料を用いることにより、弾性膜５５ａに必要な弾性を実現しつつ、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力との後述の関係を容易に満たすことができる。また、弾性膜５５ａは、単層で構成されてもよいし、複数層の積層で構成されてもよい。なお、弾性膜５５ａと絶縁膜５５ｃとは互いに異なる材料によって構成されることが好ましい。
【0045】
弾性膜５５ａの厚さｔ１は、振動板５５の厚さｔおよび幅等に応じて決められ、特に限定されないが、１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましく、５００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の範囲内であるとより好ましい。
【0046】
絶縁膜５５ｃは、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）で構成される膜である。ただし、絶縁膜５５ｃを構成する材料は、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力とが後述の関係を満たすことができればよく、ＺｒＯ２に限定されない。
【0047】
具体的には、絶縁膜５５ｃを構成する材料は、チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、炭素（Ｃ）、鉛（Ｐｂ）のうちから選択される１種または２種以上の元素を、酸化物、窒化物のいずれかの状態で含む材料でもよく、好ましくは、ＺｒＯＸ、ＰｂＴｉＯＸ、ＴＩＯＸ、（（Ｐｂ，Ｂｉ）（Ｆｅ，Ｔｉ）ＯＸ）である。このような材料を用いることにより、絶縁膜５５ｃに必要な絶縁性を実現しつつ、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力との後述の関係を容易に満たすことができる。また、絶縁膜５５ｃは、単層で構成されてもよいし、複数層の積層で構成されてもよい。
【0048】
絶縁膜５５ｃの厚さｔ３は、振動板５５の厚さｔおよび幅等に応じて決められ、特に限定されないが、弾性膜５５ａの厚さｔ１よりも薄いことが好ましく、例えば、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲内である。絶縁膜５５ｃの厚さｔ３が弾性膜５５ａの厚さｔ１よりも薄いことにより、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力との後述の関係を容易に満たすことができる。
【0049】
ただし、絶縁膜５５ｃの厚さｔ３が弾性膜５５ａの厚さｔ１以上であってもよい。この場合であっても、各膜の成膜方法またはアニール温度等のプロセス条件を適宜に調整することにより、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力との後述の関係を満たすことが可能である。
【0050】
以上の弾性膜５５ａと絶縁膜５５ｃとの間には、密着膜５５ｂが介在する。このため、弾性膜５５ａと絶縁膜５５ｃとの間の密着性を高めることができる。また、密着膜５５ｂにより弾性膜５５ａと絶縁膜５５ｃとの接触が防止されるので、弾性膜５５ａがシリコン酸化物で構成されるとともに絶縁膜５５ｃが酸化ジルコニウムで構成される場合、弾性膜５５ａ中のシリコン酸化物が絶縁膜５５ｃ中のジルコニウムにより還元されることが低減される。
【0051】
密着膜５５ｂは、弾性膜５５ａと絶縁膜５５ｃとの間の密着性を高める膜であり、弾性膜５５ａおよび絶縁膜５５ｃとは異なる材料で構成される。具体的には、密着膜５５ｂを構成する材料は、チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、ハウニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、炭素（Ｃ）のうちから選択される１種または２種以上の元素を、単体、酸化物、窒化物のいずれかの状態で含む材料であり、好ましくは、ＴｉＯＸ、ＡｌＯＸ、ＣｒＯＸ、ＴｉＮである。このような材料を用いることにより、密着膜５５ｂに必要な特性を実現しつつ、弾性膜５５ａまたは絶縁膜５５ｃの膜応力と密着膜５５ｂの膜応力との後述の関係を容易に満たすことができる。また、密着膜５５ｂは、単層で構成されてもよいし、複数層の積層で構成されてもよい。
【0052】
密着膜５５ｂの厚さｔ２は、振動板５５の厚さｔおよび幅に応じて決められ、特に限定されないが、弾性膜５５ａの厚さｔ１および絶縁膜５５ｃの厚さｔ３のそれぞれよりも薄いことが好ましく、例えば、２０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲内にある。この場合、振動板５５の特性を最適化しやすいという利点がある。また、密着膜５５ｂの厚さｔ２が絶縁膜５５ｃの厚さｔ３よりも薄いことにより、絶縁膜５５ｃの膜応力と密着膜５５ｂの膜応力との後述の関係を容易に満たすことができる。
【0053】
ただし、密着膜５５ｂの厚さｔ２が絶縁膜５５ｃの厚さｔ３以上であってもよい。この場合でも、各膜の成膜方法またはアニール温度等のプロセス条件を適宜に調整することにより、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力との後述の関係を満たすことが可能である。
【0054】
以上の弾性膜５５ａ、密着膜５５ｂおよび絶縁膜５５ｃは、この順で、圧力室基板５２を形成するためのシリコン単結晶基板の表面に成膜されることにより得られる。例えば、弾性膜５５ａが酸化シリコンで構成される場合、弾性膜５５ａは、当該シリコン単結晶基板の一方の面を熱酸化することにより形成される。例えば、密着膜５５ｂがクロム、チタンまたはアルミニウムの酸化物で構成される場合、密着膜５５ｂは、弾性膜５５ａ上に、スパッタ法によりクロム、チタンまたはアルミニウムの層を形成し、当該層を熱酸化することにより形成される。例えば、絶縁膜５５ｃが酸化ジルコニウムで構成される場合、絶縁膜５５ｃは、密着膜５５ｂ上に、スパッタ法によりジルコニウムの層を形成し、当該層を熱酸化することにより形成される。
【0055】
なお、振動板５５を構成する複数の膜のそれぞれの形成方法は、前述の例に限定されず、任意である。例えば、弾性膜５５ａの少なくとも一部の形成は、ＣＶＤ法等を用いてもよい。また、密着膜５５ｂの形成は、熱酸化を用いる方法に限定されず、例えば、ＣＶＤ法または原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法等を用いてもよい。さらに、密着膜５５ｂおよび絶縁膜５５ｃを形成するための熱酸化は、一括して行ってもよい。
【0056】
以上の振動板５５は、圧電素子５６の駆動により振動する振動領域ＰＶを有する。振動領域ＰＶは、平面視で圧力室Ｃに重なる振動板５５の部分である。ここで、振動領域ＰＶは、Ｚ軸に沿う方向みた全域にわたり、前述の弾性膜５５ａと密着膜５５ｂと絶縁膜５５ｃとの積層で構成される。したがって、弾性膜５５ａと密着膜５５ｂと絶縁膜５５ｃとのそれぞれは、Ｚ軸に沿う方向にみて、圧力室Ｃの幅方向での全域にわたり圧力室Ｃに重なる。
【0057】
振動領域ＰＶは、圧力室Ｃの幅方向、すなわちＹ軸に沿う方向で、第１部分ＲＥ１と第２部分ＲＥ２とに区分される。したがって、振動板５５は、第１部分ＲＥ１と第２部分ＲＥ２とを有する。第１部分ＲＥ１は、Ｚ軸に沿う方向にみて、圧力室Ｃおよび圧電体５６ｂの両方に重なる振動板５５の部分である。第２部分ＲＥ２は、Ｚ軸に沿う方向にみて、第１部分ＲＥ１と圧力室Ｃの幅方向での端との間で、圧電体５６ｂに重ならずに圧力室Ｃに重なる振動板５５の部分である。
【0058】
このように振動板５５が第２部分ＲＥ２を有することにより、第２部分ＲＥ２を有しない態様に比べて、振動板５５を厚さ方向に撓みやすくすることができる。このため、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率を高めることができる。
【0059】
しかし、振動板５５が第２部分ＲＥ２を有する場合、第２部分ＲＥ２の強度が第１部分ＲＥ１の強度よりも弱くなるため、振動板５５のクラックが発生しやすい。特に、振動板の厚さが５μｍ以下である場合、振動板５５の強度が弱くなるため、振動板５５のクラックが発生しやすい。
【0060】
従来では、振動板５５のクラックの発生を防止する観点から、弾性膜５５ａと絶縁膜５５ｃとの応力差をできるだけ小さくしたほうがよいという思想のもとで設計が行われていた。このような設計思想のもとでは、振動板５５全体の応力バランスが意図せず崩れてしまい、この結果、圧電素子５６に電圧を印加しない状態における振動板５５の圧力室Ｃに向かう方向の撓み量が過度になってしまうという問題が生じやすい。
【0061】
このような振動板５５の撓みは、振動板５５内に残留する応力に起因する。以下、圧電素子５６に電圧を印加しない状態における振動板５５の撓みを「初期撓み」という場合がある。
【0062】
ここで、前述のように、弾性膜５５ａおよび絶縁膜５５ｃのそれぞれがＺ軸に沿う方向にみて圧力室Ｃの幅方向での全域にわたり圧力室Ｃに重なる。このため、振動板５５の応力の状態が振動板５５の初期撓みの状態に影響を与えやすい。
【0063】
１－４．振動板の初期撓み
図６は、圧縮応力の優位な振動板５５の初期撓みを説明するための模式図である。図７は、引張応力の優位な振動板５５の初期撓みを説明するための模式図である。「圧縮応力」は、膜自身が伸びようとする応力である。これに対し、「引張応力」は、膜自身が縮もうとする応力である。なお、図６および図７では、説明の便宜上、圧電素子５６の図示が省略されるとともに、振動板５５の初期撓みの状態が振動板５５のＺ２方向を向く面Ｆ５５として模式的に示される。面Ｆ５５は、前述の図５に示す振動領域ＰＶのＺ２方向を向く面に相当する。
図６は、圧縮応力の優位な振動板５５の初期撓みを説明するための模式図である。図７は、引張応力の優位な振動板５５の初期撓みを説明するための模式図である。「圧縮応力」は、膜自身が伸びようとする応力である。これに対し、「引張応力」は、膜自身が縮もうとする応力である。なお、図６および図７では、説明の便宜上、圧電素子５６の図示が省略されるとともに、振動板５５の初期撓みの状態が振動板５５のＺ２方向を向く面Ｆ５５として模式的に示される。面Ｆ５５は、前述の図５に示す振動領域ＰＶのＺ２方向を向く面に相当する。
【0064】
振動板５５に残留する応力は、振動板５５を構成する複数の膜の応力の和として捉えることができる。ここで、振動板５５に残留する応力が圧縮応力である場合、振動板５５が伸びようとするため、図６に示すように、振動板５５は、圧力室Ｃに向かう方向に撓む。
【0065】
ここで、振動板５５に対して、Ｚ１方向の位置には、圧電素子５６が設けられるのに対し、Ｚ２方向の位置には、圧力室Ｃという空間が存在するだけである。このため、振動板５５は、伸びようとすると、Ｚ１方向への撓みが圧電素子５６により規制されるのに対し、Ｚ２方向への撓みが規制されないので、Ｚ１方向ではなくＺ２方向に撓む。
【0066】
なお、圧電体５６ｂ内に残留する応力が振動板５５に作用するが、本実施形態においては圧電体５６ｂの厚さが振動板５５の厚さに比べて薄く、かつ、圧電体５６ｂの成膜時の温度が比較的低く済むことから、圧電体５６ｂに残留する応力が比較的小さい。このため、圧電体５６ｂに残留する応力が振動板５５の初期撓みに与える影響は、振動板５５を構成する複数の膜の応力が振動板５５の初期撓みに与える影響に比べて小さい。したがって、後述するように、振動板５５を構成する複数の膜の応力を規定することにより、振動板５５の初期撓みを十分に低減することができる。
【0067】
このように、圧縮応力の優位な振動板５５は、初期撓みにより基準面Ｆ０に対してＺ２方向に位置する。すなわち、圧縮応力の優位な振動板５５は、自らが伸びようとする作用がはたらき、初期撓みにより圧力室Ｃに向かう方向に撓む。ここで、基準面Ｆ０は、圧力室基板５２と振動板５５との界面を含む仮想的な平面として規定される面である。振動板５５の初期撓みによる撓み量Ｌ０は、撓み位置Ｐ０と基準面Ｆ０との間の距離である。撓み位置Ｐ０は、圧電素子５６に電圧を印加しない状態で、面Ｆ５５がＺ軸に沿う方向で基準面Ｆ０から最も離れた位置である。
【0068】
ノズルＮから液滴を吐出させる場合、圧電素子５６の駆動により、圧力室Ｃを収縮させる必要がある。図６では、ノズルＮから液滴を吐出させるのに必要な振動板５５の撓み量Ｌ１となる面Ｆ５５が二点鎖線で示される。撓み量Ｌ１は、撓み位置Ｐ０と撓み位置Ｐ１と間の距離である。撓み位置Ｐ１は、圧力室Ｃにインクを収容し、かつ、ノズルＮから液滴が吐出されるように第１電極５６ａと第２電極５６ｃとの間に電圧を印加した状態で、圧力室Ｃと振動板５５との面Ｆ５５がＺ２方向で基準面Ｆ０から最も離れた位置である。
【0069】
ここで、振動板５５の初期撓みによる撓み量Ｌ０が大きいと、圧電素子５６の駆動による撓み量Ｌ１が小さくなる。換言すれば、撓み量Ｌ０が大きいと、後述の変位効率が低下する。これは、撓み量Ｌ０が大きいことにより、圧電素子５６を駆動しても比較的早期に振動板５５の弾性変形の限界に近づき、振動板の撓み量が飽和的になるためである。
【0070】
そこで、本開示の液体吐出ヘッド５０では、撓み量Ｌ０を抑制し、後述の変位効率を向上させるべく、振動板５５全体の圧縮応力が従来に比べて小さくなるように調整される。
【0071】
ここで、振動板５５全体の圧縮応力が小さくなると、振動板５５の面Ｆ５５が基準面Ｆ０に近づく。例えば、振動板５５に残留する応力が引張応力である場合、振動板５５が縮もうとするため、図７に示すように、振動板５５の圧力室Ｃに向かう方向への撓みが低減される。つまり、振動板５５の初期撓みによる撓み量Ｌ０が低減される。これにより、圧電素子５６の駆動によって比較的早期に振動板５５の弾性変形の限界に近づくことを抑制し、変位効率を大きくすることができる。なお、図７では、振動板５５に初期撓みが生じない場合が例示されており、振動板５５の圧力室Ｃに向かう面Ｆ５５が基準面Ｆ０に一致する。
【0072】
なお、圧電素子５６に電圧を印加しない状態における振動板５５の圧力室Ｃに向かう方向に撓んでいても、その撓みの程度が適度であれば、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率を向上させることができる。これに対し、圧電素子５６に電圧を印加しない状態における振動板５５の圧力室Ｃに向かう方向での撓みが過度であると、圧電素子５６から受けた力に対する振動板５５の変形量の比が線形的でなくなり、飽和的になるため、圧電素子５６からの力を効率的に振動板５５の変位量に変換できなくなる。つまり、圧電素子５６の駆動が振動板５５によって大きく妨げられてしまう。
【0073】
１－５．振動板の各膜の膜応力
図８は、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力との関係に基づく振動板５５の変位効率比率を示す図である。図８中、縦軸は、弾性膜５５ａの膜応力を示し、横軸は、絶縁膜５５ｃの膜応力を示す。また、図８では、振動板５５の変位効率比率が１００％から１２５％の間の範囲において５％の範囲ごとに互いに異なる網掛けまたはハッチングにより表示される。なお、本明細書において、圧縮応力が負の値で表され、引張応力が正の値で表される。
図８は、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力との関係に基づく振動板５５の変位効率比率を示す図である。図８中、縦軸は、弾性膜５５ａの膜応力を示し、横軸は、絶縁膜５５ｃの膜応力を示す。また、図８では、振動板５５の変位効率比率が１００％から１２５％の間の範囲において５％の範囲ごとに互いに異なる網掛けまたはハッチングにより表示される。なお、本明細書において、圧縮応力が負の値で表され、引張応力が正の値で表される。
【0074】
図８に示す「変位効率比率」の結果は、シミュレーションにより求めた結果である。当該シミュレーションでは、弾性膜５５ａがＳＩＯ２で構成される膜であり、密着膜５５ｂがＴｉＯ２で構成される膜であり、絶縁膜５５ｃがＺｒＯ２で構成される膜である。また、当該シミュレーションでは、密着膜５５ｂの膜応力を＋６００ＭＰａに固定した状態で、弾性膜５５ａおよび絶縁膜５５ｃのそれぞれの膜応力を－１０００ＭＰａと＋１０００ＭＰａとの間で変化させた。
【0075】
「変位効率比率」は、弾性膜５５ａと絶縁膜５５ｃとの応力差をできるだけ小さくするという従来の設計思想による既存の圧電素子および振動板からなるアクチュエーターの変位効率を基準（１００％）とし、当該基準に対する変位効率の比率である。
【0076】
アクチュエーターの変位効率は、δ×ｆａ２で表される。ここで、δは、アクチュエーターの振動による最大変位量であって図６および図７の撓み量Ｌ１に相当し、ｆａは、アクチュエーターの振動周波数である。なお、「アクチュエーターの振動による振動板の最大変位量」は、「アクチュエーターの振動による排除体積」等と可換である。なお、アクチュエーターの振動による振動板の最大変位量は、数百［ｎｍ］以上数［μｍ］以下の範囲内である。また、アクチュエーターの振動周波数は、最大でも数［ＭＨｚ］程度である。
【0077】
図８中の太い破線で囲まれた領域では、振動板５５の変位効率比率が１０５％以上である。したがって、当該領域内では、既存のアクチュエーターに比べて変位効率を５％以上向上させることができる。言い換えると、当該領域外の領域を除くことにより、既存のアクチュエーターに比べて変位効率を５％以上向上させることができる。
【0078】
ここで、弾性膜５５ａの膜応力をＸ［ＭＰａ］とし、絶縁膜５５ｃの膜応力をＺ［ＭＰａ］とし、変位効率比率の境界を１０５％とした場合、その境界における弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力とは、図８に示すように、Ｘ＝－０．４８Ｚ－９０４の関係で表される。そこで、変位効率比率が１０５％以上となるよう、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力とは、
Ｘ＞－０．４８Ｚ－９０４
の関係を満たす。ここで、－１０００＜Ｘ＜１０００、－１０００＜Ｚ＜１０００の関係をそれぞれ満たすことが好ましい。
Ｘ＞－０．４８Ｚ－９０４
の関係を満たす。ここで、－１０００＜Ｘ＜１０００、－１０００＜Ｚ＜１０００の関係をそれぞれ満たすことが好ましい。
【0079】
このような関係を満たすことにより、圧電素子５６に電圧を印加しない状態における振動板５５の圧力室Ｃに向かう方向での過度の撓みを低減することができる。このため、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率を向上させることができる。この結果、吐出効率に優れた液体吐出ヘッド５０を提供することができる。
【0080】
これに対し、図８中の左下の変位効率比率が１０５％以下となる領域では、弾性膜５５ａおよび絶縁膜５５ｃの両方による圧縮応力が比較的大きく、両方の膜が伸びようとするため、振動板５５全体として伸びようとする。ここで、振動板５５は、伸びようとすると、圧力室Ｃに向かう方向に撓む可能性とそれとは反対に撓む可能性との２通りの可能性が考えられる。しかし、振動板５５に対して、Ｚ１方向の位置には、圧電素子５６が設けられるのに対し、Ｚ２方向の位置には、圧力室Ｃという空間が存在するだけであるため、振動板５５は、Ｚ１方向ではなくＺ２方向に撓むことになる。このような膜応力は、圧電素子５６に印加される電圧に関係なく、常に振動板５５に生じる。このため、図６に示すように振動板５５のＺ２方向への初期撓みが大きくなってしまい、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率の向上が見込めない。このため、図８中の左下周辺の領域においては、液体吐出ヘッド５０の吐出効率を大きく向上することが難しい。したがって、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力とが上述の関係を満たすことが好ましい。
【0081】
また、図８中において変位効率比率の境界を１２０％とした場合、その境界における弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力とは、図８に示すように、Ｘ＝－０．３４Ｚ－４６０の関係で表される。したがって、変位効率比率を１２０％以上とするには、弾性膜５５ａの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力とは、
Ｘ＞－０．３４Ｚ－４６０
の関係を満たすことが好ましい。この場合、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率をさらに向上させることができる。ここで、振動板５５を構成する膜のクラックまたは剥離を抑制する観点から、－１０００＜Ｘ＜１０００、－１０００＜Ｚ＜１０００の関係をそれぞれ満たすことが好ましい。
Ｘ＞－０．３４Ｚ－４６０
の関係を満たすことが好ましい。この場合、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率をさらに向上させることができる。ここで、振動板５５を構成する膜のクラックまたは剥離を抑制する観点から、－１０００＜Ｘ＜１０００、－１０００＜Ｚ＜１０００の関係をそれぞれ満たすことが好ましい。
【0082】
図９は、弾性膜５５ａの膜応力と密着膜５５ｂの膜応力との関係に基づく振動板５５の変位効率比率を示す図である。図９中、縦軸は、弾性膜５５ａの膜応力を示し、横軸は、密着膜５５ｂの膜応力を示す。また、図９では、振動板５５の変位効率比率が１００％から１２５％の間の範囲において５％の範囲ごとに互いに異なる網掛けまたはハッチングにより表示される。
【0083】
図９に示す「変位効率比率」の結果は、シミュレーションにより求めた結果である。当該シミュレーションでは、弾性膜５５ａがＳＩＯ２で構成される膜であり、密着膜５５ｂがＴｉＯ２で構成される膜であり、絶縁膜５５ｃがＺｒＯ２で構成される膜である。また、当該シミュレーションでは、絶縁膜５５ｃの膜応力を＋１００ＭＰａに固定した状態で、弾性膜５５ａおよび密着膜５５ｂのそれぞれの膜応力を－１０００ＭＰａと＋１０００ＭＰａとの間で変化させた。
【0084】
図９中の太い破線で囲まれた領域では、振動板５５の変位効率比率が１０５％以上である。したがって、当該領域内では、既存のアクチュエーターに比べて変位効率を５％以上向上させることができる。言い換えると、当該領域外の領域を除くことにより、既存のアクチュエーターに比べて変位効率を５％以上向上させることができる。
【0085】
ここで、弾性膜５５ａの膜応力をＸ［ＭＰａ］とし、密着膜５５ｂの膜応力をＹ［ＭＰａ］としたとき、変位効率比率の境界を１０５％とした場合、その境界における弾性膜５５ａの膜応力と密着膜５５ｂの膜応力とは、図９に示すように、Ｘ＝－０．２８Ｙ－７７８の関係で表される。したがって、変位効率比率を１０５％以上とするには、弾性膜５５ａの膜応力と密着膜５５ｂの膜応力とは、
Ｘ＞－０．２８Ｙ－７７８
の関係を満たすことが好ましい。この場合、密着膜５５ｂを用いる態様において、圧電素子５６に電圧を印加しない状態における振動板５５の圧力室Ｃに向かう方向での過度の撓みを低減することができる。このため、密着膜５５ｂを用いる態様において、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率を向上させることができる。ここで、－１０００＜Ｘ＜１０００、－１０００＜Ｙ＜１０００の関係をそれぞれ満たすことが好ましい。
Ｘ＞－０．２８Ｙ－７７８
の関係を満たすことが好ましい。この場合、密着膜５５ｂを用いる態様において、圧電素子５６に電圧を印加しない状態における振動板５５の圧力室Ｃに向かう方向での過度の撓みを低減することができる。このため、密着膜５５ｂを用いる態様において、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率を向上させることができる。ここで、－１０００＜Ｘ＜１０００、－１０００＜Ｙ＜１０００の関係をそれぞれ満たすことが好ましい。
【0086】
このような関係を満たすことにより、圧電素子５６に電圧を印加しない状態における振動板５５の圧力室Ｃに向かう方向での過度の撓みを低減することができる。このため、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率を向上させることができる。この結果、吐出効率に優れた液体吐出ヘッド５０を提供することができる。
【0087】
これに対し、図９中の左下の変位効率比率が１０５％以下となる領域では、弾性膜５５ａおよび密着膜５５ｂの両方による圧縮応力が比較的大きい。このような領域では、図８中の左下の変位効率比率が１０５％以下となる領域と同様の理由により、液体吐出ヘッド５０の吐出効率を大きく向上することが難しい。したがって、弾性膜５５ａの膜応力と密着膜５５ｂの膜応力とが上述の関係を満たすことが好ましい。
【0088】
また、図９中において変位効率比率の境界を１２０％とした場合、弾性膜５５ａの膜応力と密着膜５５ｂの膜応力とは、図８に示すように、Ｘ＝－０．２９Ｙ－３３５の関係で表される。したがって、変位効率比率を１２０％以上とするには、弾性膜５５ａの膜応力と密着膜５５ｂの膜応力とは、
Ｘ＞－０．２９Ｙ－３３５
の関係を満たすことが好ましい。この場合、密着膜５５ｂを用いる態様において、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率をさらに向上させることができる。ここで、－１０００＜Ｘ＜１０００、－１０００＜Ｙ＜１０００の関係をそれぞれ満たすことが好ましい。
Ｘ＞－０．２９Ｙ－３３５
の関係を満たすことが好ましい。この場合、密着膜５５ｂを用いる態様において、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率をさらに向上させることができる。ここで、－１０００＜Ｘ＜１０００、－１０００＜Ｙ＜１０００の関係をそれぞれ満たすことが好ましい。
【0089】
図１０は、絶縁膜５５ｃの膜応力と密着膜５５ｂの膜応力との関係に基づく振動板５５の変位効率比率を示す図である。図１０中、縦軸は、絶縁膜５５ｃの膜応力を示し、横軸は、密着膜５５ｂの膜応力を示す。また、図１０では、振動板５５の変位効率比率が１００％から１２５％の間の範囲において５％の範囲ごとに互いに異なる網掛けまたはハッチングにより表示される。
【0090】
図１０に示す「変位効率比率」の結果は、シミュレーションにより求めた結果である。当該シミュレーションでは、弾性膜５５ａがＳＩＯ２で構成される膜であり、密着膜５５ｂがＴｉＯ２で構成される膜であり、絶縁膜５５ｃがＺｒＯ２で構成される膜である。また、当該シミュレーションでは、弾性膜５５ａの膜応力を＋２２０ＭＰａに固定した状態で、絶縁膜５５ｃおよび密着膜５５ｂのそれぞれの膜応力を－１０００ＭＰａと＋１０００ＭＰａとの間で変化させた。
【0091】
図１０中の太い破線で囲まれた領域では、振動板５５の変位効率比率が１０５％以上である。したがって、当該領域内では、既存のアクチュエーターに比べて変位効率を５％以上向上させることができる。言い換えると、当該領域外の領域を除くことにより、既存のアクチュエーターに比べて変位効率を５％以上向上させることができる。
【0092】
ここで、絶縁膜５５ｃの膜応力をＺ［ＭＰａ］とし、密着膜５５ｂの膜応力をＹ［ＭＰａ］とし、変位効率比率の境界を１０５％とした場合、その境界における密着膜５５ｂの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力とは、図１０に示すように、Ｚ＝－０．５９Ｙ－１０５９の関係で表される。したがって、変位効率比率を１０５％以上とするには、密着膜５５ｂの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力とは、
Ｚ＞－０．５９Ｙ－１０５９
の関係を満たすことが好ましい。この場合、密着膜５５ｂを用いる態様において、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率をさらに向上させることができる。
Ｚ＞－０．５９Ｙ－１０５９
の関係を満たすことが好ましい。この場合、密着膜５５ｂを用いる態様において、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率をさらに向上させることができる。
【0093】
これに対し、図１０中の左下の変位効率比率が１０５％以下となる領域では、絶縁膜５５ｃおよび密着膜５５ｂの両方による圧縮応力が比較的大きい。このような領域では、図８中の左下の変位効率比率が１０５％以下となる領域と同様の理由により、液体吐出ヘッド５０の吐出効率を大きく向上することが難しい。したがって、絶縁膜５５ｃの膜応力と密着膜５５ｂの膜応力とが上述の関係を満たすことが好ましい。
【0094】
また、図１０中において変位効率比率の境界を１２０％とした場合、その境界における密着膜５５ｂの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力は、図９に示すように、Ｚ＝－０．８２Ｙ－２２５の関係で表される。したがって、変位効率比率を１２０％以上とするには、密着膜５５ｂの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力とは、
Ｚ＞－０．８２Ｙ－２２５
の関係を満たすことが好ましい。この場合、密着膜５５ｂを用いる態様において、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率をさらに向上させることができる。
Ｚ＞－０．８２Ｙ－２２５
の関係を満たすことが好ましい。この場合、密着膜５５ｂを用いる態様において、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率をさらに向上させることができる。
【0095】
以上、図８から図１０に基づいて、密着膜５５ｂの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力と弾性膜５５ａの膜応力との関係について説明したが、密着膜５５ｂの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力と弾性膜５５ａの膜応力とは、
－１０００＜Ｘ＜１０００、
－１０００＜Ｙ＜１０００、
－１０００＜Ｚ＜１０００、
の関係をそれぞれ満たすことが好ましい。この場合、各膜の極度な応力が低減されるので、密着膜５５ｂと絶縁膜５５ｃと弾性膜５５ａとのそれぞれの成膜時におけるクラックの発生を防止することができる。すなわち、振動板５５の初期撓みを低減しつつ、振動板５５のクラックの発生を防止することができる。
－１０００＜Ｘ＜１０００、
－１０００＜Ｙ＜１０００、
－１０００＜Ｚ＜１０００、
の関係をそれぞれ満たすことが好ましい。この場合、各膜の極度な応力が低減されるので、密着膜５５ｂと絶縁膜５５ｃと弾性膜５５ａとのそれぞれの成膜時におけるクラックの発生を防止することができる。すなわち、振動板５５の初期撓みを低減しつつ、振動板５５のクラックの発生を防止することができる。
【0096】
より好ましくは、振動板５５を構成する複数の膜間の応力差を小さくすることにより、振動板５５のクラックをより好適に防止する観点から、密着膜５５ｂの膜応力と絶縁膜５５ｃの膜応力と弾性膜５５ａ膜応力とは、
－５００＜Ｘ＜５００、
－５００＜Ｙ＜５００、
－５００＜Ｚ＜５００、
の関係をそれぞれ満たす。
－５００＜Ｘ＜５００、
－５００＜Ｙ＜５００、
－５００＜Ｚ＜５００、
の関係をそれぞれ満たす。
【0097】
以上のように、液体吐出ヘッド５０では、振動板５５を構成する複数の膜の膜応力の関係を最適化することにより、圧電素子５６に電圧を印加しない状態における振動板５５の圧力室Ｃに向かう方向での過度の撓みを低減することができる。このため、圧電素子５６の駆動による振動板５５の変位効率を向上させることができる。この結果、吐出効率に優れた液体吐出ヘッド５０を提供することができる。
【0098】
２．変形例
以上の例示における各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択される２以上の態様は、互いに矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
以上の例示における各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択される２以上の態様は、互いに矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
【0099】
２－１．変形例１
前述の各形態では、圧電体５６ｂが複数の圧力室Ｃに共通に設けられるが、これに限定されず、圧力室Ｃごとに圧電体５６ｂが分割されてもよい。また、第１電極５６ａおよび第２電極５６ｃの双方を個別電極としてもよい。
前述の各形態では、圧電体５６ｂが複数の圧力室Ｃに共通に設けられるが、これに限定されず、圧力室Ｃごとに圧電体５６ｂが分割されてもよい。また、第１電極５６ａおよび第２電極５６ｃの双方を個別電極としてもよい。
【0100】
２－２．変形例２
前述の各形態では、液体吐出ヘッド５０を搭載するキャリッジ４１を往復させるシリアル方式の液体吐出装置１００を例示するが、複数のノズルＮが媒体Ｍの全幅にわたり分布するライン方式の液体吐出装置にも本開示を適用することが可能である。
前述の各形態では、液体吐出ヘッド５０を搭載するキャリッジ４１を往復させるシリアル方式の液体吐出装置１００を例示するが、複数のノズルＮが媒体Ｍの全幅にわたり分布するライン方式の液体吐出装置にも本開示を適用することが可能である。
【0101】
２－３．変形例３
前述の各形態で例示する液体吐出装置１００は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本開示の液体吐出装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。
前述の各形態で例示する液体吐出装置１００は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本開示の液体吐出装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。
【0102】
３．本開示のまとめ
以下、本開示のまとめを付記する。
以下、本開示のまとめを付記する。
【0103】
（付記１）本開示の好適例である第１態様の液体吐出ヘッドは、圧電素子と、ノズルに連通する圧力室が設けられた圧力室基板と、前記圧電素子の駆動により振動することにより、前記圧力室の液体に圧力を付与する振動板と、を有し、前記圧力室基板、前記振動板および前記圧電素子がこの順で積層方向に積層されており、前記振動板は、前記圧力室基板上に設けられた弾性膜と、前記弾性膜と前記圧電素子との間に設けられた絶縁膜と、を含み、圧縮応力を負の値、引張応力を正の値で表し、前記弾性膜の膜応力をＸ［ＭＰａ］とし、前記絶縁膜の膜応力をＺ［ＭＰａ］としたとき、Ｘ＞－０．４８Ｚ－９０４の関係を満たす。
【0104】
以上の第１態様では、弾性膜の膜応力と絶縁膜の膜応力とがＸ＞－０．４８Ｚ－９０４の関係を満たすことにより、圧電素子に電圧を印加しない状態における振動板の圧力室に向かう方向での過度の撓みを低減することができる。このため、圧電素子の駆動による振動板の変位効率を向上させることができる。この結果、吐出効率に優れた液体吐出ヘッドを提供することができる。
【0105】
ここで、圧電素子に電圧を印加しない状態における振動板の圧力室に向かう方向での撓みが適度であれば、圧電素子の駆動による振動板の変位効率を向上させることができる。これに対し、圧電素子に電圧を印加しない状態における振動板の圧力室に向かう方向での撓みが過度であると、圧電素子から受けた力に対する振動板の変形量の比が線形的でなくなり、飽和的になるため、圧電素子からの力を効率的に振動板の変位量に変換できなくなる。
【0106】
また、振動板の厚さが５μｍ以下である場合、振動板の強度が弱くなるため、振動板のクラックが発生しやすい。従来では、振動板のクラックの発生を防止する観点から、弾性膜と絶縁膜との応力差をできるだけ小さくしたほうがよいという思想のもとで設計が行われていた。このような設計思想のもとでは、振動板全体の応力バランスが意図せず崩れてしまい、この結果、圧電素子に電圧を印加しない状態における振動板の圧力室に向かう方向の撓み量が過度になってしまうという問題が生じやすい。したがって、振動板の厚さが５μｍ以下である場合、弾性膜の膜応力と絶縁膜の膜応力とが前述の関係を満たすことによる効果が顕著に得られる。
【0107】
（付記２）第１態様の好適例である第２態様において、前記弾性膜の膜応力と前記絶縁膜の膜応力とは、Ｘ＞－０．３４Ｚ－４６０の関係を満たす。以上の第２態様では、圧電素子の駆動による振動板の変位効率をさらに向上させることができる。
【0108】
（付記３）第１態様または第２態様の好適例である第３態様において、前記弾性膜を構成する材料は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃのうちから選択される１種または２種以上の元素を、単体、酸化物または窒化物のいずれかの状態で含む。以上の第３態様では、弾性膜に必要な弾性を実現しつつ、弾性膜の膜応力と絶縁膜の膜応力との前述の関係を容易に満たすことができる。
【0109】
（付記４）第１態様から第３態様のいずれかの好適例である第４態様において、前記絶縁膜を構成する材料は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃ、Ｐｂのうちから選択される１種または２種以上の元素を、酸化物、窒化物のいずれかの状態で含む。以上の第４態様では、絶縁膜に必要な絶縁性を実現しつつ、弾性膜の膜応力と絶縁膜の膜応力との前述の関係を容易に満たすことができる。
【0110】
（付記５）第１態様から第４態様のいずれかの好適例である第５態様において、前記絶縁膜の厚さは、前記弾性膜の厚さよりも薄い。以上の第５態様では、弾性膜の膜応力と絶縁膜の膜応力との前述の関係を容易に満たすことができる。ただし、絶縁膜の厚さが弾性膜の厚さ以上であっても、各膜の成膜方法またはアニール温度等のプロセス条件を適宜に調整することにより、弾性膜の膜応力と絶縁膜の膜応力との前述の関係を満たすことも可能である。
【0111】
（付記６）第１態様から第５態様のいずれかの好適例である第６態様において、前記振動板は、前記弾性膜と前記絶縁膜との間に設けられた密着膜をさらに含み、前記密着膜の膜応力をＹ［ＭＰａ］としたとき、Ｘ＞－０．２８Ｙ－７７８の関係を満たす。以上の第６態様では、密着膜を用いる態様において、圧電素子に電圧を印加しない状態における振動板の圧力室に向かう方向での過度の撓みを低減することができる。このため、密着膜を用いる態様において、圧電素子の駆動による振動板の変位効率を向上させることができる。
【0112】
（付記７）第６態様の好適例である第７態様において、前記弾性膜の膜応力と前記密着膜の膜応力とは、Ｘ＞－０．２９Ｙ－３３５の関係を満たす。以上の第７態様では、密着膜を用いる態様において、圧電素子の駆動による振動板の変位効率をさらに向上させることができる。
【0113】
（付記８）第６態様または第７態様の好適例である第８態様において、前記密着膜を構成する材料は、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｃのうちから選択される１種または２種以上の元素を、単体、酸化物、窒化物のいずれかの状態で含む。以上の第８態様では、密着膜に必要な特性を実現しつつ、弾性膜または絶縁膜の膜応力と密着膜の膜応力との前述の関係を容易に満たすことができる。
【0114】
（付記９）第６態様から第８態様のいずれかの好適例である第９態様において、前記密着膜の厚さは、前記絶縁膜の厚さよりも薄い。以上の第９態様では、絶縁膜の膜応力と密着膜の膜応力との前述の関係を容易に満たすことができる。ただし、密着膜の厚さが絶縁膜の厚さ以上であっても、各膜の成膜方法またはアニール温度等のプロセス条件を適宜に調整することにより、弾性膜の膜応力と絶縁膜の膜応力との前述の関係を満たすことも可能である。
【0115】
（付記１０）第６態様から第９態様のいずれかの好適例である第１０態様において、前記密着膜の膜応力と前記絶縁膜の膜応力とは、Ｚ＞－０．５９Ｙ－１０５９の関係を満たす。以上の第１０態様では、密着膜を用いる態様において、圧電素子の駆動による振動板の変位効率をさらに向上させることができる。
【0116】
（付記１１）第６態様から第１０態様のいずれかの好適例である第１１態様において、前記密着膜の膜応力と前記絶縁膜の膜応力とは、Ｚ＞－０．８２Ｙ－２２５の関係を満たす。以上の第１１態様では、密着膜を用いる態様において、圧電素子の駆動による振動板の変位効率をさらに向上させることができる。
【0117】
（付記１２）第６態様から第１１態様のいずれかの好適例である第１２態様において、前記密着膜の膜応力と前記絶縁膜の膜応力と前記弾性膜の膜応力とは、－１０００＜Ｘ＜１０００、－１０００＜Ｙ＜１０００、－１０００＜Ｚ＜１０００、の関係をそれぞれ満たす。以上の第１２態様では、密着膜と絶縁膜と弾性膜とのそれぞれの成膜時におけるクラックの発生を防止することができる。
【0118】
（付記１３）第１態様から第１２態様のいずれかの好適例である第１３態様において、前記圧力室は、前記積層方向に直交する方向に延びる形状をなし、前記圧電素子は、第１電極と圧電体と第２電極とを前記積層方向でのこの順に含み、前記振動板は、前記積層方向にみて、前記圧力室および前記圧電体の両方に重なる第１部分と、前記第１部分と前記圧力室の幅方向での端との間で、前記圧電体に重ならずに前記圧力室に重なる第２部分と、を有する。以上の第１３態様では、振動板が第２部分を有することにより、第２部分を有しない態様に比べて、振動板を厚さ方向に撓みやすくすることができる。このため、圧電素子の駆動による振動板の変位効率を高めることができる。
【0119】
ここで、第２部分の強度が第１部分の強度よりも弱くなるため、振動板のクラックが発生しやすい。従来では、振動板のクラックの発生を防止する観点から、弾性膜と絶縁膜との応力差をできるだけ小さくしたほうがよいという思想のもとで設計が行われていた。このような設計思想のもとでは、振動板全体の応力バランスが意図せず崩れてしまい、この結果、圧電素子に電圧を印加しない状態における振動板の圧力室に向かう方向の撓み量が過度になってしまうという問題が生じる。したがって、振動板が第２部分を有する場合、弾性膜の膜応力と絶縁膜の膜応力とが前述の関係を満たすことによる効果が顕著に得られる。
【0120】
（付記１４）第１態様から第１３態様のいずれかの好適例である第１４態様において、前記圧力室は、前記積層方向に直交する方向に延びる形状をなし、前記弾性膜および前記絶縁膜のそれぞれは、前記積層方向にみて、前記圧力室の幅方向での全域にわたり前記圧力室に重なる。以上の第１４態様では、振動板の応力の状態が、圧電素子に電圧を印加しない状態における振動板の撓みの状態に影響を与えやすい。したがって、弾性膜および絶縁膜のそれぞれが積層方向にみて圧力室の幅方向での全域にわたり圧力室に重なる場合、弾性膜の膜応力と絶縁膜の膜応力とが前述の関係を満たすことによる効果が顕著に得られる。
【0121】
（付記１５）本開示の好適例である第１５態様の液体吐出装置は、前述の第１態様から第１４態様のいずれかの液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する制御部と、を備える。以上の第１５態様では、吐出特性に優れた液体吐出装置を提供することができる。
【符号の説明】
【0122】
１０…液体容器、２０…制御ユニット（制御部）、３０…搬送機構、４０…移動機構、４１…キャリッジ、４２…搬送ベルト、５０…液体吐出ヘッド、５１…流路基板、５２…圧力室基板、５２ａ…孔、５２ｂ…隔壁、５３…ノズル基板、５４…吸振体、５５…振動板、５５ａ…弾性膜、５５ｂ…密着膜、５５ｃ…絶縁膜、５６…圧電素子、５６ａ…第１電極、５６ｂ…圧電体、５６ｂ１…貫通孔、５６ｃ…第２電極、５７…封止板、５８…ケース、５９…配線基板、６０…駆動回路、１００…液体吐出装置、Ｃ…圧力室、Ｆ０…基準面、Ｆ５５…面、ＩＨ…導入口、Ｌ０…撓み量、Ｌ１…撓み量、Ｍ…媒体、Ｎ…ノズル、Ｎａ…連通流路、Ｐ０…撓み位置、Ｐ１…撓み位置、ＰＶ…振動領域、Ｒ…液体貯留室、Ｒ１…開口部、Ｒ２…収容部、ＲＥ１…第１部分、ＲＥ２…第２部分、Ｒａ…供給流路、ｔ…厚さ、ｔ１…厚さ、ｔ２…厚さ、ｔ３…厚さ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】