特許 7571575 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20241016BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 307

B41J2/14 613

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021012848

(22)【出願日】2021-01-29

(65)【公開番号】P2022116595

(43)【公開日】2022-08-10

【審査請求日】2023-12-08

(73)【特許権者】

【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】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】外村 修

(72)【発明者】

【氏名】中山 雅夫

【審査官】上田 正樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－０９４６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２２７２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８０１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７２２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０３５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４２９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２０３４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５１６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２９７４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１７４５４２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／１４

Ｂ４１Ｊ ２／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧力室と、第１振動板、第２振動板及び第３振動板を具備する振動板と、第１電極、圧電体層及び第２電極を具備する圧電アクチュエーターと、がこの順に積層された液体噴射ヘッドであって、
前記振動板と前記圧電アクチュエーターとの積層方向からの平面視において前記圧力室が第１方向に複数並設されており、
前記第１振動板と前記第２振動板と前記第３振動板と前記圧電体層とが積層された第１部分と、前記圧電体層と前記第３振動板とが積層されず前記第１振動板と前記第２振動板とが積層された第２部分とが、前記第１方向において設けられ、
前記第１振動板と前記第２振動板とは、一方が圧縮応力を有し、他方が引張応力を有し、
前記第３振動板のヤング率は、前記第１振動板及び前記第２振動板のヤング率よりも大きく、
前記第２部分が、前記第１方向の前記圧力室の両端部に対応する部分であり、
前記第３振動板は、絶縁性を有する材料で構成され、
前記第１方向において、前記第１電極の幅は、前記圧電体層の幅及び前記第３振動板の幅よりも短い、
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項2】

前記第１部分は、前記第１振動板と前記第２振動板と前記第３振動板と前記圧電体層と前記第２電極とが積層された部分であり、
前記第２部分は、前記圧電体層と前記第３振動板とが積層されず前記第１振動板と前記第２振動板と前記第２電極とが積層された部分である、
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3】

前記第１振動板は、熱酸化膜で構成され、複数の前記圧力室を隔てる隔壁が単結晶シリコンで構成され、
前記第１振動板と前記隔壁とが接している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。

【請求項4】

前記圧力室の内壁には、流路保護膜が形成されており、
前記流路保護膜のヤング率は、前記第３振動板のヤング率よりも小さい
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】

前記圧電体層が鉛を含み、前記第３振動板がジルコニウムを含む酸化物、ケイ素を含む窒化物、又は、ケイ素を含む酸窒化物であり、前記第１振動板と前記第２振動板との少なくとも一方が酸化ケイ素、又は、ケイ素を含む
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】

前記第１振動板と前記第２振動板の少なくとも一方が非晶質である
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】

前記第１振動板が圧縮応力であり、
前記第２振動板が引張応力である
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】

前記第１振動板の厚さは、前記第２振動板の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の液体噴射ヘッド。

【請求項9】

前記第１振動板が引張応力であり、
前記第２振動板が圧縮応力である
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10】

前記第２振動板の厚さは、前記第１振動板の厚さよりも大きい
ことを特徴とする請求項９に記載の液体噴射ヘッド。

【請求項11】

前記第１部分に比べて、前記第２部分で、前記第１振動板と前記第２振動板との少なくとも一方が薄くなっている
ことを特徴とする請求項１～１０の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。

【請求項12】

請求項１～１１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、液滴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噴射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、液体としてインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドとしては、例えばノズルに連通する圧力室が形成された流路基板と、この流路基板の一方面側に振動板を介して設けられた圧電アクチュエーターと、を具備し、圧電アクチュエーターによって圧力室内のインクに圧力変化を生じさせることで、ノズルからインク滴を噴射するものが知られている。

【0003】

圧電アクチュエーターは、流路形成基板の振動板上に形成された第１電極と、第１電極上に電気機械変換特性を有する圧電材料で形成された圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２電極と、を具備する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１３９３３１号公報

【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、ノズルから噴射する液滴のインク重量を大きくするために、振動板のヤング率を低下させると、振動板の共振周波数も低下し、インク滴の連続した噴射を高速で行うことができないという問題がある。

【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。

【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の態様は、圧力室と、第１振動板、第２振動板及び第３振動板を具備する振動板と、第１電極、圧電体層及び第２電極を具備する圧電アクチュエーターと、がこの順に積層された液体噴射ヘッドであって、前記振動板と前記圧電アクチュエーターとの積層方向からの平面視において前記圧力室が第１方向に複数並設されており、前記第１方向において、前記第１振動板と前記第２振動板とに、前記圧電体層と前記第３振動板とが積層された部分と、前記圧電体層と前記第３振動板とが積層されていない部分とが設けられ、前記第１振動板と前記第２振動板とは、一方が圧縮応力を有し、他方が引張応力を有し、前記第３振動板のヤング率は、前記第１振動板及び前記第２振動板のヤング率よりも大きいことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

【0008】

また、本実施形態の他の態様は、上記態様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にある。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【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である。

【図3】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。

【図4】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部断面図である。

【図5】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部断面図である。

【図6】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部断面図である。

【図7】本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの要部断面図である。

【図8】本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの要部平面図である。

【図9】本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの要部断面図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本発明の一態様を示すものであって、本発明の範囲内で任意に変更可能である。各図において同じ符号を付したものは、同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。また、各図においてＸ、Ｙ、Ｚは、互いに直交する３つの空間軸を表している。本明細書では、これらの軸に沿った方向をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向とする。各図の矢印が向かう方向を正（＋）方向、矢印の反対方向を負（－）方向として説明する。さらに、正方向及び負方向を限定しない３つのＸ、Ｙ、Ｚの空間軸については、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として説明する。また、Ｚ方向は、鉛直方向を示し、＋Ｚ方向は鉛直下向き、－Ｚ方向は鉛直上向きを示す。

【0011】

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に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る。図２は、記録ヘッドの平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ′線断面図である。図４は、図２のＢ－Ｂ′線断面図である。図５及び図６は、振動板の内部応力を説明する断面図である。

【0012】

図示するように、本実施形態の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１（以下、単に記録ヘッド１とも言う）は、「基板」の一例として流路形成基板１０を具備する。流路形成基板１０は、シリコン基板、ガラス基板、ＳＯＩ基板、各種セラミック基板からなる。本実施形態の流路形成基板１０は、単結晶シリコンで構成されている。なお、流路形成基板１０は、（１００）面優先配向した基板であってもよく、（１１０）面優先配向した基板であってもよい。

【0013】

流路形成基板１０には、複数の圧力室１２が「第１方向」である＋Ｘ方向に沿って並んで配置されている。つまり、「第１方向」は、圧力室１２の「並設方向」のことであり、本実施形態では、＋Ｘ方向である。複数の圧力室１２は、＋Ｙ方向の位置が同じ位置となるように、＋Ｘ方向に沿った直線上に配置されている。＋Ｘ方向で互いに隣り合う圧力室１２は、隔壁１１によって区画されている。もちろん、圧力室１２の配置は特にこれに限定されず、例えば、＋Ｘ方向に並んで配置された圧力室１２において、１つ置きに＋Ｙ方向にずれた位置に配置した、所謂、千鳥配置としてもよい。

【0014】

また、本実施形態の圧力室１２は、＋Ｚ方向に見た平面視において、並設方向である＋Ｘ方向と交差する方向に長尺な長尺形状を有する。すなわち、圧力室１２は、＋Ｚ方向に見た平面視において、並設方向である＋Ｘ方向が短手方向となり、＋Ｘ方向に交差する方向、本実施形態では、＋Ｙ方向が長手方向となる形状となっている。また、本実施形態の圧力室１２は、＋Ｚ方向から見た平面視において、＋Ｙ方向が長手方向となる長方形状を有する。もちろん、圧力室１２のＺ方向から見た平面視における形状は、特にこれに限定されず、圧力室１２は、平行四辺形状であってもよく、長方形状を基本として長手方向の両端部を半円形状とした、いわゆる、角丸長方形状（別名、トラック形状とも言う）や楕円形状や卵形状などのオーバル形状や、円形状、多角形状等であってもよい。このように、圧力室１２は、＋Ｚ方向に見て＋Ｘ方向を短手方向として、複数の圧力室１２を＋Ｘ方向に並設することで、流路形成基板１０に圧力室１２を高密度に配置することができる。この圧力室１２が、「基板」に設けられた「凹部」に相当する。

【0015】

このような流路形成基板１０の圧力室１２の内壁面には、耐液耐性、すなわち、耐インク性を有する流路保護膜１３が設けられている。ここで言う耐インク性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性のことである。このような流路保護膜１３としては、例えば、酸化タンタル（ＴａＯ_Ｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_Ｘ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）から選択される少なくとも１種の材料を単層又は積層したものを用いることができる。また、流路保護膜１３として、樹脂を用いるようにしてもよい。本実施形態では、流路保護膜１３として、五酸化タンタル（ＴａＯ_５）を用いた。

【0016】

流路形成基板１０の＋Ｚ方向側には、連通板１５とノズルプレート２０とが順次積層されている。

【0017】

連通板１５には、圧力室１２とノズル２１とを連通するノズル連通路１６が設けられている。

【0018】

また、連通板１５には、複数の圧力室１２が共通して連通する共通液室となるマニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８とが設けられている。第１マニホールド部１７は、連通板１５を＋Ｚ方向に貫通して設けられている。また、第２マニホールド部１８は、連通板１５を＋Ｚ方向に貫通することなく、＋Ｚ方向側の面に開口して設けられている。

【0019】

さらに、連通板１５には、圧力室１２のＹ軸の端部に連通する供給連通路１９が圧力室１２の各々に独立して設けられている。供給連通路１９は、第２マニホールド部１８と圧力室１２とを連通して、マニホールド１００内のインクを圧力室１２に供給する。

【0020】

このような連通板１５としては、シリコン基板、ガラス基板、ＳＯＩ基板、各種セラミック基板、ステンレス基板等の金属基板などを用いることができる。なお、連通板１５は、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましい。このように流路形成基板１０と連通板１５とを熱膨張率が略同一の材料を用いることで、熱膨張率の違いによって熱により反りが発生するのを低減することができる。

【0021】

ノズルプレート２０は、連通板１５の流路形成基板１０とは反対側、すなわち、＋Ｚ方向側の面に設けられている。

【0022】

ノズルプレート２０には、各圧力室１２にノズル連通路１６を介して連通するノズル２１が形成されている。本実施形態では、複数のノズル２１は、＋Ｘ方向に沿って一列となるように並んで配置されたノズル列が＋Ｙ方向に離れて２列設けられている。すなわち、各列の複数のノズル２１は、＋Ｙ方向の位置が同じ位置となるように配置されている。もちろん、ノズル２１の配置は特にこれに限定されず、例えば、＋Ｘ方向に並んで配置されたノズル２１において、１つ置きに＋Ｙ方向にずれた位置に配置した、所謂、千鳥配置としてもよい。このようなノズルプレート２０としては、シリコン基板、ガラス基板、ＳＯＩ基板、各種セラミック基板、ステンレス基板等の金属基板、ポリイミド樹脂のような有機物などを用いることができる。なお、ノズルプレート２０は、連通板１５の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましい。このようにノズルプレート２０と連通板１５とを熱膨張率が略同一の材料を用いることで、熱膨張率の違いによって熱により反りが発生するのを低減することができる。

【0023】

また、連通板１５の－Ｚ方向側の面には、ケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、第１マニホールド部１７に連通する第３マニホールド部４２が設けられている。そして、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８と、ケース部材４０に設けられた第３マニホールド部４２と、によって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。マニホールド１００は、圧力室１２の並んで配置される方向である＋Ｘ方向に亘って連続して設けられおり、各圧力室１２とマニホールド１００とを連通する供給連通路１９は、＋Ｘ方向に並んで配置されている。また、ケース部材４０には、マニホールド１００に連通して各マニホールド１００にインクを供給するための導入口４４が設けられている。また、ケース部材４０には、詳しくは後述する保護基板３０の貫通孔３２に連通して配線基板１２０が挿通される接続口４３が設けられている。

【0024】

また、連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口する＋Ｚ方向側の面には、コンプライアンス基板４５が設けられている。このコンプライアンス基板４５が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の＋Ｚ方向側の開口を封止している。このようなコンプライアンス基板４５は、本実施形態では、可撓性を有する薄膜からなる封止膜４６と、金属等の硬質の材料からなる固定基板４７と、を具備する。固定基板４７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４８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４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部４９となっている。このコンプライアンス部４９が撓み変形することによってマニホールド１００内のインクの圧力変動を吸収する。

【0025】

流路形成基板１０の－Ｚ方向側の面には、振動板５０と第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を有する圧電アクチュエーター３００とが順次積層されている。つまり、圧力室１２、振動板５０、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０が－Ｚ方向に向かってこの順に並んで配置されている。

【0026】

振動板５０は、第１振動板５１と第２振動板５２と第３振動板５３とを具備する。第１振動板５１と第２振動板５２と第３振動板５３とは、－Ｚ方向に向かってこの順に積層されている。

【0027】

第１振動板５１は、流路形成基板１０の－Ｚ方向側の面に設けられたものであり、流路形成基板１０の－Ｚ方向側の全面に亘って連続して設けられている。すなわち、第１振動板５１は、単結晶シリコンからなる流路形成基板１０の隔壁１１に接している。つまり、第１振動板５１は、流路形成基板１０の－Ｚ方向側の面上に直接設けられている。本実施形態では、第１振動板５１は、流路形成基板１０の－Ｚ方向側の面の全面に亘って設けられている。

【0028】

第２振動板５２は、第１振動板５１の－Ｚ方向側の面に設けられている。第２振動板５２は、第１振動板５１の－Ｚ方向側の面の全面に亘って連続して設けられている。

【0029】

第３振動板５３は、第２振動板５２の－Ｚ方向側の面に設けられたものである。第３振動板５３は、＋Ｚ方向からの平面視した際に圧力室１２に重なる部分において、圧力室１２の並設方向であって短手方向である＋Ｘ方向に部分的に設けられている。つまり、振動板５０は、＋Ｘ方向において第１振動板５１、第２振動板５２及び第３振動板５３が積層された部分と、第３振動板５３が設けられておらず第１振動板５１及び第２振動板５２が積層された部分とが存在する。ここで、本実施形態では、振動板５０のうち、圧力室１２に対向する領域を可撓領域Ｐと称する。可撓領域Ｐのうち、＋Ｚ方向に見て、＋Ｘ方向における圧力室１２の端部である壁面よりも内側であって、圧力室１２の中心部を含まない領域を縁部Ｐ１と称する。また、可撓領域Ｐのうち縁部Ｐ１以外の領域を中央部Ｐ２と称する。そして、本実施形態では、中央部Ｐ２に第１振動板５１、第２振動板５２及び第３振動板５３とが積層されている。また、縁部Ｐ１に第３振動板５３が設けられておらず、第１振動板５１と第２振動板５２とが積層されている。言い換えると、第３振動板５３は、＋Ｚ方向で圧力室１２に対向する領域内において、圧力室１２の並設方向であって短手方向である＋Ｘ方向の中央部Ｐ２のみに設けられている。また、第３振動板５３は、＋Ｚ方向で圧力室１２に対向する領域内においてＸ軸に沿った方向の両端部、つまり＋Ｘ方向側の端部及び－Ｘ方向側の端部である縁部Ｐ１には形成されておらず、第１振動板５１及び第２振動板５２のみが積層されている。

【0030】

第１振動板５１及び第２振動板５２のヤング率ｓ１、ｓ２は、第３振動板５３のヤング率ｓ３よりも小さい。すなわち、ｓ１＜ｓ３、ｓ２＜ｓ３の関係を満たす。ここで、第１振動板５１及び第２振動板５２の少なくとも一方は、酸化ケイ素またはケイ素を含む。ここで、第１振動板５１及び第２振動板５２が酸化ケイ素又はケイ素を含むとは、酸化ケイ素又はケイ素を主成分として含むものであれば、その他の材料を含むものであってもよい。なお、第１振動板５１及び第２振動板５２の主成分が酸化ケイ素又はケイ素を主成分として含むとは、第１振動板５１及び第２振動板５２のそれぞれに含まれる酸化ケイ素又はケイ素が５０質量％以上であることを言う。このような酸化ケイ素又はケイ素を含む第１振動板５１及び第２振動板５２は、通常アモルファス（非晶質）である。このような第１振動板５１及び第２振動板５２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）で構成されている。

【0031】

本実施形態の圧力室１２等の流路は、流路形成基板１０を＋Ｚ方向側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、圧力室１２の－Ｚ方向側の面は、第１振動板５１によって画成されている。すなわち、振動板５０として、流路形成基板１０側に酸化ケイ素を含む第１振動板５１を設けることで、流路形成基板１０を振動板５０とは反対面側からＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチングする際に、第１振動板５１をエッチングストップ層として用いることができる。したがって、流路形成基板１０に異方性エッチングによって圧力室１２を高密度に且つ高精度に形成することができると共に振動板５０の厚さにバラツキが生じるのを抑制することができる。もちろん、圧力室１２の形成方法は、異方性エッチングに限定されず、ドライエッチング等であってもよい。また、第１振動板５１は、酸化ケイ素に限定されるものではない。第１振動板５１としては、例えば、流路形成基板１０の一部を用いるようにしてもよい。つまり、第１振動板５１として、シリコン基板、ガラス基板、ＳＯＩ基板、各種セラミック基板を用いるようにしてもよい。また、例えば、第１振動板５１としては、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化チタン（ＴｉＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_ｘ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ_３）を用いるようにしてもよい。また、第１振動板５１としては、ポリイミド、パリレンなどの有機膜を用いるようにしてもよい。なお、第１振動板５１は、非晶質（アモルファス）のものに限定されず、単結晶シリコンなどの優先配向した結晶構造を有するものであってもよい。第２振動板５２についても第１振動板５１と同様である。つまり、第１振動板５１及び第２振動板５２の少なくとも一方は、非晶質であることが好ましい。このように第１振動板５１及び第２振動板５２を非晶質とすることで、第１振動板５１及び第２振動板５２が変位し易く、割れ難くすることができる。

【0032】

また、第１振動板５１は、熱酸化膜で構成されていることが好ましい。つまり、第１振動板５１と接する流路形成基板１０の複数の隔壁１１が単結晶シリコンで構成され、第１振動板５１が熱酸化膜で構成されることで、隔壁１１と第１振動板５１との密着性を向上することができる。

【0033】

このような第１振動板５１及び第２振動板５２は、一方が圧縮応力を有し、他方が引張応力を有する。つまり、図５に示すように、第１振動板５１が圧縮応力を有し、第２振動板５２が引張応力を有する場合と、図６に示すように、第１振動板５１が引張応力を有し、第２振動板５２が圧縮応力を有する場合と、がある。なお、第１振動板５１及び第２振動板５２の一方が圧縮応力を持つとは、内部応力が圧縮応力となっていることを言う。同様に、第１振動板５１及び第２振動板５２の他方が引張応力を持つとは、内部応力が引張応力となっていることを言う。

【0034】

また、図５に示すように、第１振動板５１が圧縮応力を有し、第２振動板５２が引張応力を有する場合には、第１振動板５１のＺ軸に沿った厚さｄ１は、第２振動板５２の厚さｄ２よりも大きいことが好ましい（ｄ１＞ｄ２）。これは、一般的に圧縮応力膜の方が引張応力膜に比べて変位し易い。このため、圧縮応力である第１振動板５１の厚さｄ１を、引張応力である第２振動板５２の厚さｄ２よりも厚くすることで、振動板５０の変位をより大きくすることができる。

【0035】

また、図６に示すように、第１振動板５１が引張応力を有し、第２振動板５２が圧縮応力を有する場合には、第２振動板５２の厚さｄ２は、第１振動板５１の厚さｄ１よりも大きいことが好ましい（ｄ２＞ｄ１）。つまり、圧縮応力である第２振動板５２の厚さｄ２を、引張応力である第１振動板５１の厚さｄ１よりも厚くすることで、振動板５０の変位をより大きくすることができる。

【0036】

なお、図５に示すように、第１振動板５１が圧縮応力を有し、第２振動板５２が引張応力を有する方が、図６の構成に比べて振動板５０が圧力室１２側である＋Ｚ方向に凸状に変位し易く変位量が大きくなるため、ノズル２１から噴射されるインク滴の重量を大きくすることやインク滴の飛翔速度を速くすることができる。

【0037】

また、図６に示すように、第１振動板５１が引張応力を有し、第２振動板５２が圧縮応力を有する方が、振動板５０が圧力室１２とは反対側である－Ｚ方向に凸状に変位し易く変位量が大きくなるため、メニスカスの引きちぎりがし易くなる。

【0038】

ここで、上述のように第３振動板５３のヤング率ｓ３は、第１振動板５１及び第２振動板５２のヤング率ｓ１、ｓ２よりも大きい。つまり、ｓ３＞ｓ１、ｓ３＞ｓ２の関係を満たす。このため、振動板５０全体のヤング率を大きくすることができ、振動板５０の共振周波数の低下を抑制することができる。ちなみに、振動板５０に第３振動板５３を設けずに、第１振動板５１及び第２振動板５２のみを設けた場合、振動板５０の変位量を大きくすることができるものの、振動板５０全体のヤング率が低下し、共振周波数が低下する。本実施形態では、第１振動板５１及び第２振動板５２のヤング率よりも高いヤング率の第３振動板５３を圧力室１２に対向する領域に部分的に設けることで、振動板５０の変位量を向上しつつ共振周波数が低下するのを抑制することができる。

【0039】

このような第３振動板５３は、圧電体層７０の成分が第２振動板５２、第１振動板５１及び流路形成基板１０側に拡散するのを抑制する拡散防止層としても機能する材料を用いるのが好ましい。第３振動板５３の材料としては、例えば、ジルコニウムを含む酸化物、ケイ素を含む窒化物、ケイ素を含む酸窒化物等が挙げられる。本実施形態では、ジルコニウムを含む酸化物として、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を用いた。なお、第３振動板５３が、ジルコニウムを含む酸化物、ケイ素を含む窒化物、ケイ素を含む酸窒化物であるとは、第３振動板５３が、ジルコニウムを含む酸化物、ケイ素を含む窒化物、または、ケイ素を含む酸窒化物を主成分として含むものであれば、その他の材料を含むものであってもよい。なお、第３振動板５３の主成分がジルコニウムを含む酸化物、ケイ素を含む窒化物、ケイ素を含む酸窒化物であるとは、第３振動板５３に含まれるジルコニウムを含む酸化物、ケイ素を含む窒化物、ケイ素を含む酸窒化物が５０質量％以上であることを言う。本実施形態では、第３振動板５３として、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を用いた。このように酸化ジルコニウムを含む第３振動板５３を設けることで、圧電体層７０に含まれる成分、例えば、鉛（Ｐｂ）やビスマス（Ｂｉ）などが、第３振動板５３よりも下、つまり、第１振動板５１、第２振動板５２及び流路形成基板１０に拡散するのを抑制することができる。したがって、酸化ジルコニウムを含む第３振動板５３を設けることで、第１振動板５１、第２振動板５２及び流路形成基板１０に圧電体層７０に含まれる成分が拡散することによる剛性の低下などの不具合を抑制することができる。また、酸化ジルコニウムを含む第３振動板５３を設けることで、第３振動板５３よりも＋Ｚ方向側に設けられた第１振動板５１、第２振動板５２及び流路形成基板１０等に含まれる成分が圧電体層７０側に拡散するのを抑制することができる。

【0040】

また、第３振動板５３は、絶縁性を有する材料を用いることが好ましい。第３振動板５３を絶縁性を有する材料で構成することで、詳しくは後述する活性部３１０毎に設けられた第１電極６０同士が第３振動板５３によって短絡するのを抑制することができる。ちなみに、第１電極６０が複数の活性部３１０の共通電極として構成された場合であっても、第３振動板５３が導電性を有すると、第１電極６０以外の部分で第３振動板５３が圧電体層７０に電界を印加してしまうため、第３振動板５３は、絶縁性を有する材料が好ましい。

【0041】

このような振動板５０の－Ｚ方向側の面には、振動板５０を撓み変形させて圧力室１２内のインクに圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーター３００が設けられている。圧電アクチュエーター３００は、振動板５０側である＋Ｚ方向側から－Ｚ方向側に向かって順次積層された第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とを具備する。圧電アクチュエーター３００が、圧力室１２内のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段となっている。このような圧電アクチュエーター３００は、圧電素子とも言い、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とを含む部分を言う。また、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を活性部３１０と称する。これに対して、圧電体層７０に圧電歪みが生じない部分を非活性部と称する。すなわち、活性部３１０は、圧電体層７０が第１電極６０と第２電極８０とで挟まれた部分を言う。本実施形態では、凹部である圧力室１２毎に活性部３１０が形成されている。つまり、圧電アクチュエーター３００には複数の活性部３１０が形成されていることになる。そして、一般的には、活性部３１０の何れか一方の電極を活性部３１０毎に独立する個別電極とし、他方の電極を複数の活性部３１０に共通する共通電極として構成する。本実施形態では、第１電極６０が個別電極を構成し、第２電極８０が共通電極を構成している。もちろん、第１電極６０が共通電極を構成し、第２電極８０が個別電極を構成してもよい。この圧電アクチュエーター３００のうち、圧力室１２にＺ軸で対向する部分が可撓部となり、圧力室１２の外側部分が非可撓部となる。

【0042】

具体的には、第１電極６０は、図２及び図３に示すように、圧力室１２毎に切り分けられて活性部３１０毎に独立する個別電極を構成する。第１電極６０は、＋Ｘ方向において、圧力室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち、＋Ｘ方向において、第１電極６０の端部は、圧力室１２に対向する領域の内側に位置している。また、図３に示すように、第１電極６０のＹ軸において、ノズル２１側の端部は、圧力室１２よりも外側に配置されている。この第１電極６０のＹ軸において圧力室１２よりも外側に配置された端部に、引き出し配線である個別リード電極９１が接続されている。

【0043】

このような第１電極６０としては、導電性を有する材料であり、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、酸化チタン（ＴｉＯ_Ｘ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）等が挙げられる。

【0044】

圧電体層７０は、図２～図４に示すように、＋Ｙ方向の幅が所定の幅で、＋Ｘ方向に亘って連続して設けられている。圧電体層７０の＋Ｙ方向の幅は、圧力室１２の長手方向である＋Ｙ方向の長さよりも長い。このため、圧力室１２の＋Ｙ方向及び－Ｙ方向の両側では、圧電体層７０は、圧力室１２に対向する領域の外側まで延設されている。このような圧電体層７０のＹ軸においてノズル２１とは反対側の端部は、第１電極６０の端部よりも外側に位置している。すなわち、第１電極６０のノズル２１とは反対側の端部は圧電体層７０によって覆われている。また、圧電体層７０のノズル２１側の端部は、第１電極６０の端部よりも内側に位置しており、第１電極６０のノズル２１側の端部は、圧電体層７０に覆われていない。なお、第１電極６０の圧電体層７０の外側まで延設された端部には、上述したように金（Ａｕ）等からなる個別リード電極９１が接続されている。

【0045】

また、圧電体層７０には、各隔壁１１に対応する凹部７１が形成されている。この凹部７１の＋Ｘ方向の幅は、隔壁１１の幅よりも広くなっている。また、凹部７１は、圧電体層７０及び第３振動板５３を厚さ方向である＋Ｚ方向に貫通して設けられている。すなわち、圧電体層７０は、第３振動板５３と＋Ｘ方向の幅が同じ幅で設けられており、第３振動板５３は、＋Ｘ方向の幅が凹部７１によって規定されている。つまり、凹部７１の＋Ｘ方向の幅を、隔壁１１の幅よりも大きくすることで、振動板５０に第１振動板５１、第２振動板５２及び第３振動板５３が積層された中央部Ｐ２と、第３振動板５３が積層されずに第１振動板５１及び第２振動板５２が積層された縁部Ｐ１と、を形成している。このように凹部７１を設けることで、振動板５０の圧力室１２の＋Ｘ方向及び－Ｘ方向の端部に対向する部分、所謂、振動板５０の腕部の剛性が抑えられるため、圧電アクチュエーター３００を良好に変位させることができる。また、上述のように、圧電体層７０は、振動板５０の第３振動板５３が形成された中央部Ｐ２のみに設け、第３振動板５３が形成されていない縁部Ｐ１に設けられていない。このため、縁部Ｐ１に第３振動板５３が形成されていなくても、圧電体層７０の成分が第２振動板５２、第１振動板５１及び流路形成基板１０に拡散するのを抑制することができる。

【0046】

なお、上述した圧力室１２の内壁に設けられた流路保護膜１３のヤング率は、第３振動板５３のヤング率よりも小さいことが好ましい。本実施形態では、流路保護膜１３として用いた五酸化タンタルのヤング率は１３０ＧＰａ程度であり、第３振動板５３として用いた二酸化ジルコニウムのヤング率は２１０ＧＰａ程度である。このように流路保護膜１３のヤング率を、第３振動板５３のヤング率よりも小さくすることで、振動板５０の変位低下を抑制することができる。

【0047】

このような圧電体層７０は、一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト構造の複合酸化物からなる圧電材料を用いて構成されている。本実施形態では、圧電材料としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）を用いている。ＰＺＴを圧電材料に用いることで、圧電定数ｄ３１が比較的大きな圧電体層７０が得られる。

【0048】

一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト構造の複合酸化物では、Ａサイトには酸素が１２配位しており、Ｂサイトには酸素が６配位して８面体（オクタヘドロン）をつくっている。本実施形態では、Ａサイトに鉛（Ｐｂ）が位置し、Ｂサイトにジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）が位置している。

【0049】

圧電材料は、上記のＰＺＴに限定されない。ＡサイトやＢサイトに他の元素が含まれていてもよい。例えば、圧電材料は、チタン酸ジルコン酸バリウム（Ｂａ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、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）Ｏ_３）、シリコンを含むニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ_３）等のペロブスカイト材料であってもよい。

【0050】

その他、圧電材料は、Ｐｂの含有量を抑えた材料、いわゆる低鉛系材料、又はＰｂを使用しない材料、いわゆる非鉛系材料であってもよい。圧電材料として低鉛系材料を使用すればＰｂの使用量を低減することができる。また、圧電材料として非鉛系材料を使用すれば、Ｐｂを使用せずに済む。よって、圧電材料として低鉛系材料や非鉛系材料の使用により、環境負荷を低減することができる。

【0051】

非鉛系圧電材料として、例えば、鉄酸ビスマス（ＢＦＯ；ＢｉＦｅＯ_３）を含むＢＦＯ系材料が挙げられる。ＢＦＯでは、Ａサイトにビスマス（Ｂｉ）が位置し、Ｂサイトに鉄（Ｆｅ）が位置している。ＢＦＯに、他の元素が添加されていてもよい。例えば、ＢＦＯに、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ランタン（Ｌａ）、バリウム（Ｂａ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、セリウム（Ｃｅ）、サマリウム（Ｓｍ）、クロム（Ｃｒ）、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユウロピウム（Ｅｕ）から選択される少なくとも１種の元素が添加されていてもよい。

【0052】

また、非鉛系圧電材料の他の例として、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ；ＫＮａＮｂＯ_３）を含むＫＮＮ系材料が挙げられる。ＫＮＮに、他の元素が添加されていてもよい。たとえば、ＫＮＮに、マンガン（Ｍｎ）、リチウム（Ｌｉ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銀（Ａｇ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、及びユウロピウム（Ｅｕ）から選択される少なくとも１種の元素が添加されていてもよい。

【0053】

圧電材料には、元素の一部欠損した組成を有する材料、元素の一部が過剰である組成を有する材料、及び元素の一部が他の元素に置換された組成を有する材料も含まれる。圧電体層７０の基本的な特性が変わらない限り、欠損・過剰により化学量論の組成からずれた材料や、元素の一部が他の元素に置換された材料も、本実施形態に係る圧電材料に含まれる。もちろん、本実施形態で使用可能な圧電材料は、上述したようなＰｂ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ等を含む材料に限定されない。

【0054】

第２電極８０は、図２～図４に示すように、圧電体層７０の第１電極６０とは反対側である－Ｚ方向側に連続して設けられており、複数の活性部３１０に共通する共通電極を構成する。第２電極８０は、＋Ｙ方向が所定の幅となるように、＋Ｘ方向に亘って連続して設けられている。また、第２電極８０は、凹部７１の内面、すなわち、圧電体層７０の凹部７１の側面上及び凹部７１の底面である第２振動板５２上にも設けられている。もちろん、第２電極８０は、凹部７１の内面の一部のみに設けるようにしてもよく、凹部７１の内面の全面に亘って設けないようにしてもよい。

【0055】

また、第１電極６０からは、引き出し配線である個別リード電極９１が引き出されている。また、第２電極８０からは引き出し配線である共通リード電極９２が引き出されている。これら個別リード電極９１及び共通リード電極９２の圧電アクチュエーター３００に接続された端部とは反対側の端部には、可撓性を有する配線基板１２０が接続されている。配線基板１２０は、圧電アクチュエーター３００を駆動するためのスイッチング素子を有する駆動回路１２１が実装されている。

【0056】

このような圧電アクチュエーター３００が形成された流路形成基板１０の－Ｚ方向側の面には、図１及び図３に示すように、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する保護基板３０が接合されている。保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００を保護する空間である保持部３１を有する。保持部３１は、＋Ｘ方向に並んで配置された圧電アクチュエーター３００の列毎に独立して設けられたものであり、＋Ｙ方向に２つ並んで形成されている。また、保護基板３０には、＋Ｙ方向に並んで配置された２つの保持部３１の間に＋Ｚ方向に貫通する貫通孔３２が設けられている。圧電アクチュエーター３００の電極から引き出された個別リード電極９１及び共通リード電極９２の端部は、この貫通孔３２内に露出するように延設され、個別リード電極９１及び共通リード電極９２と配線基板１２０とは、貫通孔３２内で電気的に接続されている。

【0057】

また、図３に示すように、保護基板３０上には、複数の圧力室１２に連通するマニホールド１００を流路形成基板１０と共に画成するケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、平面視において上述した連通板１５と略同一形状を有し、保護基板３０に接合されると共に、上述した連通板１５にも接合されている。本実施形態では、ケース部材４０は、連通板１５に接合されている。また、特に図示していないが、ケース部材４０と保護基板３０とも接合されている。

【0058】

このようなケース部材４０は、保護基板３０側に流路形成基板１０及び保護基板３０が収容される深さの凹部４１を有する。この凹部４１は、保護基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部４１に流路形成基板１０等が収容された状態で凹部４１のノズルプレート２０側の開口面が連通板１５によって封止されている。これにより、流路形成基板１０の外周部には、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって第３マニホールド部４２が画成されている。そして、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８と、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって画成された第３マニホールド部４２と、によって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。マニホールド１００は、圧力室１２の並んで配置された方向である＋Ｘ方向に亘って連続して設けられており、各圧力室１２とマニホールド１００とを連通する供給連通路１９は、＋Ｘ方向に並んで配置されている。

【0059】

また、連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口する＋Ｚ側の面には、コンプライアンス基板４５が設けられている。このコンプライアンス基板４５が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の液体噴射面２０ａ側の開口を封止している。このようなコンプライアンス基板４５は、本実施形態では、可撓性を有する薄膜からなる封止膜４６と、金属等の硬質の材料からなる固定基板４７と、を具備する。固定基板４７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４８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４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部４９となっている。

【0060】

以上説明したように、本発明の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１は、圧力室１２と、第１振動板５１、第２振動板５２及び第３振動板５３を具備する振動板５０と、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を具備する圧電アクチュエーター３００と、がこの順に積層されている。また、インクジェット式記録ヘッド１は、積層方向である＋Ｚ方向からの平面視において圧力室１２が第１方向である＋Ｘ方向に複数並設されている。また、インクジェット式記録ヘッド１は、＋Ｘ方向において、第１振動板５１と第２振動板５２とに、圧電体層７０と第３振動板５３とが積層された部分である中央部Ｐ２と、圧電体層７０と第３振動板５３とが積層されていない部分である縁部Ｐ１とが設けられている。また、インクジェット式記録ヘッド１は、第１振動板５１と第２振動板５２とは、一方が圧縮応力を有し、他方が引張応力を有しする。そして、インクジェット式記録ヘッド１は、第３振動板５３のヤング率は、第１振動板５１及び第２振動板５２のヤング率よりも大きい。

【0061】

このように、振動板５０に第１振動板５１、第２振動板５２、第３振動板５３が積層された中央部Ｐ２と、第３振動板５３が積層されていない縁部Ｐ１とを設けることで、振動板５０の変位量の向上、すなわち、比較的小さな電圧で大きな変位を得ることができる。特に、第３振動板５３のヤング率を第１振動板５１及び第２振動板５２のヤング率よりも大きくすることで、振動板５０の第３振動板５３が設けられていない部分の変位量を向上することができ、インク滴の重量を大きくすることや、インク滴の飛翔速度を向上することができる。

【0062】

また、第１振動板５１と第２振動板５２との一方が圧縮応力を有し、他方が引張応力を有するため、振動板５０の第３振動板５３が設けられていない部分において応力バランスを取ることができるため、振動板５０の変位時に振動板５０が破壊されるのを抑制することができる。

【0063】

さらに、振動板５０に第１振動板５１及び第２振動板５２のヤング率よりも大きなヤング率を有する第３振動板５３を設けることで、振動板５０の共振周波数を向上して、駆動周波数を向上し、インク滴の連続噴射を短時間で行うことができる。一般的に変位量と共振周波数とはトレードオフの関係となっているため、振動板５０の変位量を大きくするためにヤング率が小さい材料を用いると、共振周波数が小さくなる。逆に、振動板５０の共振周波数を大きくするためにヤング率が大きい材料を用いると、振動板５０の変位量が小さくなり、噴射されるインク滴の重量が小さくなることや、振動板５０を変位させるために圧電アクチュエーター３００に大きな電圧を印加する必要がある。本実施形態では、第３振動板５３が形成された部分と、第３振動板５３が形成されていない部分とを設けることで、振動板５０の変位量を大きくすると共に共振周波数を大きくすることができる。

【0064】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、圧電体層７０及び第３振動板５３が積層されていない部分が、第１方向である＋Ｘ方向の圧力室１２の両端部に対応する部分である縁部Ｐ１であることが好ましい。これによれば、振動板５０の圧力室１２の＋Ｘ方向及び－Ｘ方向の両端部に対向する部分、所謂、振動板５０の腕部の剛性が抑えられるため、圧電アクチュエーター３００を良好に変位させることができる。

【0065】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１では、第１振動板５１は、熱酸化膜で構成され、複数の圧力室１２を隔てる隔壁１１が単結晶シリコンで構成され、第１振動板５１と隔壁１１とが接していることが好ましい。このように単結晶シリコンの隔壁１１と接する第１振動板５１を熱酸化膜で構成することで、隔壁１１と第１振動板５１との密着性を向上して、剥離等の不具合が発生するのを抑制することができる。

【0066】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１では、圧力室１２の内壁には、流路保護膜１３が形成されており、流路保護膜１３のヤング率は、第３振動板５３のヤング率よりも小さいことが好ましい。このように流路保護膜１３のヤング率を第３振動板５３のヤング率よりも小さくすることで、流路保護膜１３によって振動板５０の変位が著しく低下するのを抑制することができる。

【0067】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１では、圧電体層７０が鉛を含み、第３振動板５３がジルコニウムを含む酸化物、ケイ素を含む窒化物、又は、ケイ素を含む酸窒化物であり、第１振動板５１と第２振動板５２との少なくとも一方が酸化ケイ素、又は、ケイ素を含むことが好ましい。このように、圧電体層７０と第２振動板５２との間に、ジルコニウムを含む酸化物、ケイ素を含む窒化物、又は、ケイ素を含む酸窒化物の第３振動板５３を設けることで、圧電体層７０に含まれる鉛が第３振動板５３よりも第２振動板５２側に拡散するのを抑制することができる。また、第３振動板５３が形成されていない部分である縁部Ｐ１には、圧電体層７０も形成されていないため、圧電体層７０に含まれる鉛が第２振動板５２及び第１振動板５１に拡散するのを抑制することができる。

【0068】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１では、第１振動板５１と第２振動板５２の少なくとも一方が非晶質であることが好ましい。第１振動板５１及び第２振動板５２を非晶質とすることで、振動板５０を変位し易くして、割れ難くすることができる。

【0069】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１では、第１振動板５１が圧縮応力であり、第２振動板５２が引張応力であることが好ましい。このように、第１振動板５１が圧縮応力を有し、第２振動板５２が引張応力を有することで、振動板５０が圧力室１２側に凸状に変位し易く変位量を比較的大きくすることができる。したがって、ノズル２１から噴射されるインク滴の重量を大きくすることやインク滴の飛翔速度を速くすることができる。

【0070】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１では、第１振動板５１の厚さｄ１は、第２振動板５２の厚さｄ２よりも大きいことが好ましい。これは、一般的に圧縮応力膜の方が引張応力膜に比べて変位し易い。このため、圧縮応力である第１振動板５１の厚さｄ１を、引張応力である第２振動板５２の厚さｄ２よりも厚くすることで、振動板５０の変位をより大きくすることができる。

【0071】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１では、第１振動板５１が引張応力であり、第２振動板５２が圧縮応力であることが好ましい。このように、第１振動板５１が引張応力を有し、第２振動板５２が圧縮応力を有することで、振動板５０が圧力室１２側とは反対側である－Ｚ方向に凸状に変位し易く変位量を比較的大きくすることができる。したがって、ノズル２１から噴射されるインク滴をメニスカスから引きちぎり易くすることができる。

【0072】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１では、第２振動板５２の厚さｄ２は、第１振動板５１の厚さｄ１よりも大きいことが好ましい。これは、一般的に圧縮応力膜の方が引張応力膜に比べて変位し易い。このため、圧縮応力である第２振動板５２の厚さｄ２を、引張応力である第１振動板５１の厚さｄ１よりも厚くすることで、振動板５０の変位をより大きくすることができる。

【0073】

（実施形態２）
図７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断面図である。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。

【0074】

図７に示すように、凹部７１が、第２振動板５２の厚さ方向である＋Ｚ方向の途中に達する深さで形成されている。すなわち、凹部７１の＋Ｚ方向の底面には、第２振動板５２の一部が残留するように形成されている。つまり、凹部７１の底面には、第１振動板５１と第２振動板５２の厚さ方向の一部とが形成されている。

【0075】

このような凹部７１及び振動板５０は、例えば、圧電体層７０及び第３振動板５３をエッチングにより形成する際に、オーバーエッチングすることにより第２振動板５２の一部を同時に除去することで形成することができる。

【0076】

このような構成であっても、上述した実施形態１と同様に、振動板５０に第１振動板５１、第２振動板５２、第３振動板５３が積層された中央部Ｐ２と、第３振動板５３が積層されていない縁部Ｐ１とを設けることで、振動板５０の変位量の向上、すなわち、比較的小さな電圧で大きな変位を得ることができる。特に、第３振動板５３のヤング率を第１振動板５１及び第２振動板５２のヤング率よりも大きくすることで、振動板５０の第３振動板５３が設けられていない部分の変位量を向上することができ、インク滴の重量を大きくすることや、インク滴の飛翔速度を向上することができる。

【0077】

また、第１振動板５１と第２振動板５２との一方が圧縮応力を有し、他方が引張応力を有するため、振動板５０の第３振動板５３が設けられていない部分において応力バランスを取ることができ、振動板５０の変位時に振動板５０が破壊されるのを抑制することができる。

【0078】

さらに、振動板５０に第１振動板５１及び第２振動板５２のヤング率よりも大きなヤング率を有する第３振動板５３を設けることで、振動板５０の共振周波数を向上して、駆動周波数を向上し、インク滴の連続噴射を短時間で行うことができる。一般的に変位量と共振周波数とはトレードオフの関係となっているため、振動板５０の変位量を大きくするためにヤング率が小さい材料を用いると、共振周波数が小さくなる。逆に、振動板５０の共振周波数を大きくするためにヤング率が大きい材料を用いると、振動板５０の変位量が小さくなり、噴射されるインク滴の重量が小さくなることや、振動板５０を変位させるために圧電アクチュエーター３００に大きな電圧を印加する必要がある。本実施形態では、第３振動板５３が形成された部分と、第３振動板５３が形成されていない部分とを設けることで、振動板５０の変位量を大きくすると共に共振周波数を大きくすることができる。

【0079】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１は、圧電体層７０及び第３振動板５３が積層されている中央部Ｐ２に比べて、圧電体層７０及び第３振動板５３が積層されていない縁部Ｐ１で、第１振動板５１と第２振動板５２との少なくとも一方が薄くなっている。

【0080】

このように、第３振動板５３及び圧電体層７０が形成されていない部分である縁部Ｐ１で、第１振動板５１及び第２振動板５２の少なくとも一方の厚さを薄くすることで、振動板５０の変位量をさらに向上することができる。なお、本実施形態では、縁部Ｐ１において、第２振動板５２の厚さを薄くするようにしたが、特にこれに限定されず、縁部Ｐ１において第１振動板５１の厚さを中央部Ｐ２に比べて薄くするようにしてもよい。

【0081】

（実施形態３）
図８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平面図である。図９は、図８のＣ－Ｃ′線断面図である。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。

【0082】

図示するように、流路形成基板１０には、複数の圧力室１２がＸ方向に沿って並設されている。圧力室１２は、＋Ｚ方向に見た形状、すなわち、＋Ｚ方向の開口形状は、＋Ｙ方向が長手方向となる長方形状を基本として、長手方向の両端部を半円形状とした、所謂、角丸長方形状（別名、トラック形状とも言う）となっている。つまり、圧力室１２は、＋Ｚ方向に見て＋Ｙ方向が長手方向となり、＋Ｘ方向が短手方向となる長尺形状を有する。もちろん、圧力室１２を＋Ｚ方向に見た形状は、上述した実施形態１と同様に特に限定されるものではない。

【0083】

流路形成基板１０の－Ｚ方向側の面には、振動板５０と圧電アクチュエーター３００とが形成されている。

【0084】

振動板５０は、第１振動板５１と第２振動板５２と第３振動板５３とがこの順に－Ｚ方向に向かって積層されている。

【0085】

圧電アクチュエーター３００の活性部３１０は、振動板５０の可撓領域Ｐの縁部Ｐ１に設けられている。さらに、活性部３１０は、縁部Ｐ１よりも外側、すなわち、圧力室１２よりも外側まで設けられている。さらに、活性部３１０は、中央部Ｐ２には設けられていない。

【0086】

そして、第３振動板５３及び圧電体層７０は、活性部３１０が設けられた領域、すなわち、縁部Ｐ１と縁部Ｐ１よりも外側、すなわち、圧力室１２よりも外側とに設けられている。また、第３振動板５３及び圧電体層７０は、中央部Ｐ２に設けられていない。つまり、中央部Ｐ２が、第３振動板５３と圧電体層７０とが形成されていない領域となっている。

【0087】

このような構成であっても、上述した実施形態と同様に、振動板５０に第１振動板５１、第２振動板５２、第３振動板５３が積層された縁部Ｐ１と、第３振動板５３が積層されていない中央部Ｐ２とを設けることで、振動板５０の変位量の向上、すなわち、比較的小さな電圧で大きな変位を得ることができる。特に、第３振動板５３のヤング率を第１振動板５１及び第２振動板５２のヤング率よりも大きくすることで、振動板５０の第３振動板５３が設けられていない部分である中央部Ｐ２の変位量を向上することができ、インク滴の重量を大きくすることや、インク滴の飛翔速度を向上することができる。

【0088】

また、第１振動板５１と第２振動板５２との一方が圧縮応力を有し、他方が引張応力を有するため、振動板５０の第３振動板５３が設けられていない部分において応力バランスを取ることができるため、振動板５０の変位時に振動板５０が破壊されるのを抑制することができる。

【0089】

さらに、振動板５０に第１振動板５１及び第２振動板５２のヤング率よりも大きなヤング率を有する第３振動板５３を設けることで、振動板５０の共振周波数を向上して、駆動周波数を向上し、インク滴の連続噴射を短時間で行うことができる。一般的に変位量と共振周波数とはトレードオフの関係となっているため、振動板５０の変位量を大きくするためにヤング率が小さい材料を用いると、共振周波数が小さくなる。逆に、振動板５０の共振周波数を大きくするためにヤング率が大きい材料を用いると、振動板５０の変位量が小さくなり、噴射されるインク滴の重量が小さくなることや、振動板５０を変位させるために圧電アクチュエーター３００に大きな電圧を印加する必要がある。本実施形態では、第３振動板５３が形成された部分と、第３振動板５３が形成されていない部分とを設けることで、振動板５０の変位量を大きくすると共に共振周波数を大きくすることができる。

【0090】

また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１では、圧電体層７０及び第３振動板５３が積層されていない部分が、第１方向である＋Ｘ方向の圧力室１２の中央に対応する部分である中央部Ｐ２である。

【0091】

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、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。

【0092】

例えば、上述した実施形態１では、第１電極６０を活性部３１０毎に独立した個別電極とし、第２電極８０を複数の活性部３１０に共通する共通電極としたが、これに限定されない。

【0093】

また、上述した各実施形態では、可撓領域Ｐ内の＋Ｘ方向において、第１振動板５１及び第２振動板５２に対して第３振動板５３及び圧電体層７０が設けられた部分と、第３振動板５３及び圧電体層７０が設けられていない部分とを設けるようにしたが、これに加えて、例えば可撓領域Ｐ内の＋Ｙ方向においても、同様に第１振動板５１及び第２振動板５２に対して第３振動板５３及び圧電体層７０が設けられた部分と、第３振動板５３及び圧電体層７０が設けられていない部分とを設けるようにしてもよい。実施形態１及び２の記録ヘッド１では、例えば、Ｙ軸に沿った方向の両端部、すなわち、＋Ｙ方向の端部及び－Ｙ方向の端部に第３振動板５３及び圧電体層７０を設けずに、中央部に第３振動板５３及び圧電体層７０を設けるようにすればよい。また、実施形態３の記録ヘッドでは、例えば、＋Ｙ方向の端部及び－Ｙ方向の端部に第３振動板５３及び圧電体層７０を設け、中央部に第３振動板５３及び圧電体層７０を設けないようにすればよい。もちろん、Ｙ軸に沿った方向において第３振動板５３及び圧電体層７０を設けた部分と設けない部分とは、これに限定されるものではない。

【0094】

また、これら各実施形態の記録ヘッド１は、液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置に搭載される。図１０は、一実施形態に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

【0095】

図１０に示すインクジェット式記録装置Ｉにおいて、記録ヘッド１は、インク供給手段を構成するカートリッジ２が着脱可能に設けられ、キャリッジ３に搭載されている。この記録ヘッド１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の軸方向に移動自在に設けられている。

【0096】

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１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には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。

【0097】

このようなインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド１に対して記録シートＳを＋Ｘ方向に搬送し、キャリッジ３を記録シートＳに対してＹ方向に往復移動させながら、記録ヘッド１からインク滴を吐出させることで記録シートＳの略全面に亘ってインク滴の着弾、所謂、印刷が実行される。

【0098】

また、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド１がキャリッジ３に搭載されて主走査方向であるＹ方向に往復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、記録ヘッド１が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向であるＸ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。

【0099】

なお、上記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、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】

【0100】

Ｉ…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１…インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２…カートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モーター、７…タイミングベルト、８…搬送ローラー、１０…流路形成基板、１１…隔壁、１２…圧力室、１３…流路保護膜、１５…連通板、１６…ノズル連通路、１７…第１マニホールド部、１８…第２マニホールド部、１９…供給連通路、２０…ノズルプレート、２０ａ…液体噴射面、２１…ノズル、３０…保護基板、３１…保持部、３２…貫通孔、４０…ケース部材、４１…凹部、４２…第３マニホールド部、４３…接続口、４４…導入口、４５…コンプライアンス基板、４６…封止膜、４７…固定基板、４８…開口部、４９…コンプライアンス部、５０…振動板、５１…第１振動板、５２…第２振動板、５３…第３振動板、６０…第１電極、７０…圧電体層、７１…凹部、８０…第２電極、９１…個別リード電極、９２…共通リード電極、１００…マニホールド、１２０…配線基板、１２１…駆動回路、３００…圧電アクチュエーター、３１０…活性部、Ｐ…可撓領域、Ｐ１…縁部、Ｐ２…中央部、Ｓ…記録シート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】