特許 7585825 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】2024-11-11

(45)【発行日】2024-11-19

(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 20060101AFI20241112BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 305

B41J2/14 613

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021012858

(22)【出願日】2021-01-29

(65)【公開番号】P2022116604

(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】▲高▼部 本規

(72)【発明者】

【氏名】板山 泰裕

(72)【発明者】

【氏名】御子柴 匡矩

【審査官】大浜 登世子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０８９８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０９０８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３９３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０８２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１３４１４４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１ － ２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ノズルに連通する圧力室が複数並設された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に形成された振動板と、前記振動板の前記圧力室とは反対面側に積層された第１の電極、圧電体層及び第２の電極を備える圧電アクチュエーターと、を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧電アクチュエーターは、前記圧力室の並設方向である第１方向において、前記圧力室の両端部に対応する前記振動板の第１領域に前記第１の電極と前記第２の電極とにより前記圧電体層が挟まれた活性部を備えるが、前記圧力室の中央部に対応する前記振動板の第２領域には前記活性部を備えておらず、
前記振動板は、前記第１方向において、前記第１領域に所定厚さの厚肉部を有すると共に、前記第２領域に前記厚肉部よりも厚さが薄い薄肉部を有し、
前記活性部は、前記圧力室を隔てる隔壁上まで延設されており、
前記厚肉部は、前記圧力室に対向する領域から前記隔壁上の前記活性部が設けられた領域まで連続して設けられ、
前記圧電体層は、前記第２領域において、前記第２の電極に覆われていない開口部を有する、
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であって、
前記薄肉部は、前記第２領域の内側だけに設けられる
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記厚肉部は、前記第１方向において、前記第１領域の全体に亘って連続して設けられる
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項4】

請求項１～３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記活性部は、前記圧力室を隔てる隔壁上まで延設されており、
前記厚肉部は、前記圧力室に対向する領域から前記隔壁上の前記活性部が設けられた領域まで連続して設けられる
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項5】

ノズルに連通する圧力室が複数並設された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に形成された振動板と、前記振動板の前記圧力室とは反対面側に積層された第１の電極、圧電体層及び第２の電極を備える圧電アクチュエーターと、を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧電アクチュエーターは、前記圧力室の並設方向である第１方向において、前記圧力室の両端部に対応する前記振動板の第１領域に前記第１の電極と前記第２の電極とにより前記圧電体層が挟まれた活性部を備えるが、前記圧力室の中央部に対応する前記振動板の第２領域には前記活性部を備えておらず、
前記振動板は、前記第１方向において、前記第１領域に所定厚さの厚肉部を有すると共に、前記第２領域に前記厚肉部よりも厚さが薄い薄肉部を有し、
前記活性部は、前記圧力室を隔てる隔壁上まで延設されており、
前記厚肉部は、
前記第１方向において、前記第１領域の全体に亘って連続して設けられ、
前記圧力室に対向する領域から前記隔壁上の前記活性部が設けられた領域まで連続して設けられる、
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項6】

請求項１～５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記振動板は、酸化ジルコニウムを含む酸化ジルコニウム膜を有し、
前記薄肉部は、少なくとも前記酸化ジルコニウム膜の厚さが、前記厚肉部の厚さよりも薄い
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項7】

ノズルに連通する圧力室が複数並設された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に形成された振動板と、前記振動板の前記圧力室とは反対面側に積層された第１の電極、圧電体層及び第２の電極を備える圧電アクチュエーターと、を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧電アクチュエーターは、前記圧力室の並設方向である第１方向において、前記圧力室の両端部に対応する前記振動板の第１領域に前記第１の電極と前記第２の電極とにより前記圧電体層が挟まれた活性部を備えるが、前記圧力室の中央部に対応する前記振動板の第２領域には前記活性部を備えておらず、
前記振動板は、前記第１方向において、前記第１領域に所定厚さの厚肉部を有すると共に、前記第２領域に前記厚肉部よりも厚さが薄い薄肉部を有し、
前記振動板のヤング率は、前記圧電体層のヤング率よりも小さい
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項8】

請求項１～７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記圧電体層は、前記振動板の前記薄肉部に対向する部分の厚さが他の部分の厚さよりも薄い
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項9】

請求項１～８の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記圧電アクチュエーターは、前記圧力室の並設方向とは交差する第２方向においても、前記第１領域には前記活性部を備えるが、前記第２領域には前記活性部を備えておらず、
前記振動板は、前記第２方向においても、前記第１領域に前記厚肉部を有すると共に、前記第２領域に前記薄肉部を有する
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項10】

請求項１～９の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記振動板は、複数の膜が厚さ方向に積層されてなり、
前記薄肉部は、複数の前記膜のうちの何れか一層をその厚さ方向に亘って除去することで形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項11】

請求項１～１０の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記薄肉部は、前記振動板の前記圧力室側の一部を除去することによって形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。

【請求項12】

請求項１～１１の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備え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、ノズルから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】

インクを噴射するインクジェット式記録ヘッドとしては、圧力室が形成された流路形成基板に振動板を介して圧電アクチュエーターを設けたものが知られている。また圧電アクチュエーターとしては、振動板側から第１の電極、圧電体層、及び第２の電極を積層することで形成されたものが知られている。さらに圧電アクチュエーターの一形態として、圧力室の並設方向における圧力室の両端部に、圧電体層が第１の電極と第２の電極とで挟まれた活性部を設け、圧力室の中央部には活性部を設けないようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－２０８２０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

圧電アクチュエーターをこのような構成とすることで、圧電アクチュエーターの駆動に伴う振動板の変位量の向上を図ることはできる。しかしながら、振動板の変位量は十分とはいえず、例えば、大きな液滴のインクを噴射することが難しいといった問題が生じる虞がある。また、振動板の変位量を増加させるために、振動板の厚さを薄くすることが考えられるが、それにより振動板にクラックが発生し易くなるといった問題が生じる虞がある。

【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】

【0006】

上記課題を解決する本発明の態様は、ノズルに連通する圧力室が複数並設された流路形成基板と、前記流路形成基板の一方面側に形成された振動板と、前記振動板の前記圧力室とは反対面側に積層された第１の電極、圧電体層及び第２の電極を備える圧電アクチュエーターと、を備える液体噴射ヘッドであって、前記圧電アクチュエーターは、前記圧力室の並設方向である第１方向において、前記圧力室の両端部に対応する前記振動板の第１領域に前記第１の電極と前記第２の電極とにより前記圧電体層が挟まれた活性部を備えるが、前記圧力室の中央部に対応する前記振動板の第２領域には前記活性部を備えておらず、前記振動板は、前記第１方向において、前記第１領域に所定厚さの厚肉部を有すると共に、前記第２領域に前記厚肉部よりも厚さが薄い薄肉部を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

【0007】

また、本発明の他の態様は、上記態様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】

【0008】

【図1】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2】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3】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を示す平面図である。

【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要部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変形例を示す断面図である。

【図7】本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。

【図8】本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。

【図9】本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。

【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】

【0009】

以下、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、本発明の一態様についての説明であり、本発明の構成は、発明の範囲内で任意に変更可能である。各図において同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0010】

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。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。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。

【0011】

（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（以下、単に「記録ヘッド」ともいう）をノズル面側から見た平面図である。図２は、図１のＡ－Ａ′線断面図である。図３は、記録ヘッドに設けられた圧電アクチュエーターの要部を拡大した平面図である。図４は、図３のＢ－Ｂ′線断面図であり、図５は、図３のＣ－Ｃ´断面図である。

【0012】

図示するように、記録ヘッド１は、流路ユニット１００、振動板５０及び圧電アクチュエーター３００を備えている。本実施形態の流路ユニット１００は、流路形成基板１０、共通液室基板３０、ノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０を具備する。

【0013】

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。

【0014】

流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力室１２がＸ軸方向に沿って並設されている。すなわち流路形成基板１０には、複数の圧力室１２が、その短手方向に沿って並設され、隔壁１１によって隔てられている。複数の圧力室１２は、Ｙ軸方向の位置が同じ位置となるように、Ｘ軸方向に沿った直線上に配置されている。もちろん、圧力室１２の配置は特に限定されず、例えば、Ｘ軸方向に並設された圧力室１２を１つ置きにＹ軸方向にずれた位置に配置する、所謂、千鳥配置としてもよい。

【0015】

各圧力室１２は、Ｚ軸方向に見た形状が、軸方向が長手方向となる長方形状を基本として、Ｙ軸方向の両端部を半円形状とした形状となっている。すなわち、各圧力室１２は、Ｚ軸方向に見た開口形状が、いわゆる角丸長方形状（トラック形状ともいう）となっている。言い換えれば、各圧力室１２は、Ｚ軸方向で見た際に、Ｙ軸方向が長手方向となり、Ｘ軸方向が短手方向となる長尺形状に形成されている。このように圧力室１２を長尺形状とすることで、各圧力室１２の容積を確保しつつ、複数の圧力室１２を近接して並設することができる。

【0016】

もちろん、Ｚ軸方向に見た圧力室１２の形状は、特に限定されず、例えば、正方形状、長方形状、多角形状、平行四辺形状、扇形形状、円形状、長穴形状であってもよい。ちなみに、長穴形状とは、上記角長方形状の他、楕円形状、卵形状、長円形状等を含む。

【0017】

このような流路形成基板１０の＋Ｚ方向側の面には、共通液室基板３０が接着剤によって接合されている。共通液室基板３０は、各圧力室１２に連通した共通液室３５が形成された基板である。共通液室３５は、並設された複数の圧力室１２に対応する領域に亘ってＸ軸方向に連続して設けられている。また、共通液室３５は、圧力室１２の＋Ｙ方向側の端部とＺ軸方向で重なる位置に配置されている。このような共通液室３５は、共通液室基板３０の＋Ｚ方向側の面に開口して設けられている。

【0018】

また共通液室基板３０には、圧力室１２の＋Ｙ方向側の端部付近に連通する第１流路３１が形成されている。第１流路３１は、圧力室１２の各々に独立して設けられている。この第１流路３１は、共通液室３５と圧力室１２とをＺ軸方向に連通して、共通液室３５内のインクを圧力室１２に供給する。

【0019】

また、共通液室基板３０には、圧力室１２の－Ｙ方向側の端部付近に連通する第２流路３２が形成されている。第２流路３２は、圧力室１２の各々に独立して設けられている。この第２流路３２は、圧力室１２とノズル２１とを連通して、圧力室１２内のインクをノズル２１に供給する流路であり、共通液室基板３０をＺ軸方向に貫通して設けられている。

【0020】

このような共通液室基板３０の材料としては、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が用いられる。なお、共通液室基板３０の材料としては、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。これにより、流路形成基板１０と共通液室基板３０との熱膨張率の違いに起因する熱による反りの発生を抑制することができる。

【0021】

ノズルプレート２０は、共通液室基板３０の流路形成基板１０とは反対側、すなわち、＋Ｚ方向側の面に接合されている。

【0022】

ノズルプレート２０には、＋Ｚ方向に向かってインクを噴射するノズル２１が複数形成されている。本実施形態では、図１に示すように、複数のノズル２１は、Ｘ軸方向に沿った直線上に配置されている。すなわち、複数のノズル２１は、Ｙ軸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、特に限定されず、例えば、Ｘ軸方向に並設されたノズル２１を、１つ置きにＹ軸方向にずれた位置に配置した、いわゆる千鳥配置としてもよい。

【0023】

このようなノズルプレート２０の材料としては、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の材料としては、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。これにより、ノズルプレート２０と連通板１５との熱膨張率の違いに起因する熱による反りの発生を抑制することができる。

【0024】

コンプライアンス基板４０は、ノズルプレート２０と共に、共通液室基板３０の流路形成基板１０とは反対側の面に接合されている。このコンプライアンス基板４０は、共通液室基板３０の共通液室３５が開口する部分に接合され、共通液室３５の＋Ｚ方向側の開口を封止する。このようなコンプライアンス基板４０は、本実施形態では、可撓性を有する薄膜からなる封止膜４１と、金属等の硬質の材料からなる固定基板４２と、を具備する。固定基板４２の共通液室３５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。このため、共通液室３５の一方面は可撓性を有する封止膜４１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。このように共通液室３５の壁面の一部にコンプライアンス部４９を設けることで、共通液室３５内のインクの圧力変動をコンプライアンス部４９が変形することで吸収することができる。

【0025】

このように流路ユニット１００には、共通液室３５から第１流路３１、圧力室１２、及び第２流路３２を経てノズル２１に至るインク流路が形成されている。また図示は省略するが、共通液室３５は、外部のインク供給手段からインクが供給されるように構成されている。

【0026】

インク供給手段から共通液室３５にインクが供給されると、共通液室３５内のインクは各第１流路３１を経由して各圧力室１２に適宜供給される。そして圧力室１２内のインクは、後述する圧電アクチュエーター３００によって、第２流路３２を経由してノズル２１から噴射される。

【0027】

圧電アクチュエーター３００は、流路形成基板１０のノズルプレート２０等とは反対側の面に振動板５０を介して設けられている。

【0028】

振動板５０は、複数の膜がその厚さ方向に積層されて構成されている。本実施形態に係る振動板５０は、具体的には、第１振動板５１と第２振動板５２との２層の膜を具備する。これら第１振動板５１と第２振動板５２とは、－Ｚ方向に向かってこの順で積層されている。

【0029】

第１振動板５１は、酸化シリコンを含む膜であり、流路形成基板１０の－Ｚ方向側の面に設けられている。第２振動板５２は、酸化ジルコニウムを含む膜であり、第１振動板５１の－Ｚ方向側の面に設けられている。なお上述した圧力室１２は、流路形成基板１０を貫通して設けられており、圧力室１２の－Ｚ方向側の面は、振動板５０が備える第１振動板５１によって構成されている。

【0030】

詳しくは後述するが、この振動板５０は、圧力室１２の端部に対応する領域に所定厚さの厚肉部５５を備えると共に、圧力室１２の中央部に対応する領域に厚肉部５５よりも厚さの薄い薄肉部５６を備えている。

【0031】

なお振動板５０の構成は特に限定されるものではない。振動板５０は、例えば、第１振動板５１と第２振動板５２との何れか一方で構成されていてもよく、さらには、第１振動板５１及び第２振動板５２以外のその他の膜が含まれていてもよい。その他の膜の材料としては、例えば、シリコン、窒化ケイ素等が挙げられる。

【0032】

圧電アクチュエーター３００は、振動板５０の第２振動板５２側の面、つまり圧力室１２とは反対側の面に設けられている。圧電アクチュエーター３００は、成膜及びリソグラフィー法によって積層された第１の電極６０と圧電体層７０と第２の電極８０とによって構成されている。

【0033】

圧電アクチュエーター３００のうち、第１の電極６０と第２の電極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。すなわち、圧電アクチュエーター３００のうち、圧電体層７０が第１の電極６０と第２の電極８０とで挟まれた部分が活性部３１０である。この活性部３１０は、圧力室１２毎に独立して設けられている。

【0034】

一般的には、活性部３１０は、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されている。本実施形態では、第１の電極６０が共通電極を構成し、第２の電極８０が個別電極を構成している。

【0035】

ここで、振動板５０のうち、圧電アクチュエーター３００を駆動した際に撓み変形する領域、つまり圧力室１２に対向する領域を可撓領域Ｐと称する。また可撓領域Ｐのうち、＋Ｚ方向に見て圧力室１２の端部（縁部）に対応する環状の領域を第１領域Ｐ１と称する。また可撓領域Ｐのうち、圧力室１２の中央部に対応する領域、すなわち第１領域Ｐ１よりも内側の領域を第２領域Ｐ２と称する。

【0036】

そして本実施形態では、圧電アクチュエーター３００の活性部３１０は、Ｚ軸方向の平面視において、振動板５０の第２領域Ｐ２には設けられることなく第１領域Ｐ１に設けられている。すなわち圧電アクチュエーター３００の活性部３１０は、各圧力室１２の端部に沿って環状に設けられている。

【0037】

その結果、図４に示すように、圧力室１２の並設方向である第１方向、本実施形態ではＸ軸方向において、圧電アクチュエーター３００の活性部３１０は、圧力室１２の両端部に対応する振動板５０の第１領域Ｐ１には設けられているが、圧力室１２の中央部に対応する振動板５０の第２領域Ｐ２には設けられていない。

【0038】

また図５に示すように、第１方向である第Ｘ方向とは交差する第２方向、本実施形態では、圧力室１２の長手方向であるＹ軸方向においても、圧電アクチュエーター３００の活性部３１０は、圧力室１２の両端部に対応する第１領域Ｐ１には設けられているが、圧力室１２の中央部に対応する第２領域Ｐ２には設けられていない。

【0039】

さらに圧電アクチュエーター３００の活性部３１０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の何れにおいても、第１領域Ｐ１の外側まで、すなわち、圧力室１２の外側まで延設されている。

【0040】

そして、この圧電アクチュエーター３００の共通電極を構成する第１の電極６０は、複数の圧力室１２に対応する領域に亘って連続して設けられている。第１の電極６０は、Ｙ軸方向の長さが、圧力室１２のＹ軸方向の長さよりも長く、Ｘ軸方向に並設された複数の圧力室１２に対応する領域に亘って連続して設けられている。なお第１の電極６０は、例えば、金、銀、銅、パラジウム、白金、チタン等の導電性材料で構成されている。

【0041】

圧電体層７０は、Ｙ軸方向の長さが所定長さとなるようにＸ軸方向に亘って連続して設けられている。圧電体層７０のＹ軸方向の長さは、圧力室１２のＹ軸方向の長さよりも長く、本実施形態では第１の電極６０のＹ軸方向の長さよりも長くなっている。このため、圧力室１２のＹ軸方向では、圧電体層７０は、第１の電極６０の外側まで延設されており、第１の電極６０の端部は圧電体層７０で覆われている。

【0042】

また圧電体層７０は、振動板５０の薄肉部５６に対向する部分の厚さが他の部分の厚さよりも薄くなっている。本実施形態では、圧電体層７０には、振動板５０の第２領域Ｐ２に対応する部分に開口部７０ａが設けられている。すなわち振動板５０の第２領域Ｐ２に対応する部分には圧電体層７０が設けられてない。

【0043】

なお圧電体層７０は、本実施形態では、複数の圧力室１２に対応する領域に亘って連続して設けられているが、圧力室１２毎に、隣り合う圧力室１２の隔壁１１上で切り分けられていてもよい。

【0044】

このような圧電体層７０は、第１の電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト型酸化物からなる。また、圧電体層７０の材料としては、鉛を含む鉛系圧電材料や鉛を含まない非鉛系圧電材料などを用いることができる。

【0045】

また圧電アクチュエーター３００の個別電極を構成する第２の電極８０は、圧力室１２毎に切り分けられている。第２の電極８０は、Ｚ軸方向に見た平面視において、各圧力室１２の端部に沿って環状に形成されている。すなわち、第２の電極８０は、その外周形状が圧力室１２と同様にＹ軸方向を長手方向とする角丸長方形状となっており、その中央部に外周形状と略相似形状の開口部８０ａが圧電体層７０の開口部７０ａに連通して設けられている。

【0046】

そして、この第２の電極８０の形状によって圧電アクチュエーター３００における活性部３１０の範囲が規定されている。つまり第２の電極８０が各圧力室１２の端部に沿って環状に形成されることで、圧電アクチュエーター３００の活性部３１０は、各圧力室１２の端部に沿って環状に配置されている。なお、第２の電極８０の材料は、特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、パラジウム、白金、チタン等の導電性材料を用いることができる。

【0047】

なお、図示は省略するが、このような圧電アクチュエーター上には、絶縁材料からなる保護膜が設けられ、この保護膜上に、第１の電極に接続される共通リード電極と、各第２の電極に接続される個別リード電極とが設けられている。

【0048】

このような圧電アクチュエーター３００を備える記録ヘッド１では、圧電アクチュエーター３００の第１の電極６０及び第２の電極８０に電圧が印加されると、活性部３１０が撓み変形する。この活性部３１０の撓み変形に伴って振動板５０が撓み変形し、圧力室１２内のインクに圧力が付与されてノズル２１から噴射される。

【0049】

ところで、振動板５０は、上述のように圧力室１２の端部に対応する領域に所定厚さの厚肉部５５を備え、圧力室１２の中央部に対応する領域に厚肉部５５よりも厚さの薄い薄肉部５６を備えている。すなわちＺ軸方向の平面視において、振動板５０の第１領域Ｐ１には、圧力室１２の端部に沿った所定厚さの厚肉部５５が環状に設けられている。また振動板５０の第２領域Ｐ２には、厚肉部５５よりも厚さが薄い薄肉部５６が設けられている。言い換えれば、振動板５０の第２領域Ｐ２には、振動板５０の厚さ方向の一部を除去した凹部５７が略長円形状に形成されており、この凹部５７に対応する部分の振動板５０が薄肉部５６となっている。

【0050】

本実施形態では、振動板５０は、酸化シリコン膜である第１振動板５１と、酸化ジルコニウム膜である第２振動板５２とを有し、これら二層のうち、圧力室１２側に配置された第１振動板５１に、その厚さ方向の一部を除去した凹部５７が設けられ、これにより振動板５０に薄肉部５６が形成されている。なお第２振動板５２は、凹部５７が形成された第１振動板５１の表面に略均一な厚さで形成されている。

【0051】

したがって、振動板５０は、図４に示すように、Ｘ軸方向において、第１領域Ｐ１に所定厚さの厚肉部５５を有すると共に、第２領域Ｐ２に厚肉部５５よりも厚さが薄い薄肉部５６を有する。さらに振動板５０は、図５に示すように、Ｙ軸方向においても、第１領域Ｐ１に所定厚さの厚肉部５５を有すると共に、第２領域Ｐ２に厚肉部５５よりも厚さが薄い薄肉部５６を有する。

【0052】

このように振動板５０が第１領域Ｐ１に厚肉部５５を備えると共に、第２領域Ｐ２に薄肉部５６を備えていることで、圧電アクチュエーター３００を駆動した際の振動板５０に対するクラックの発生を抑制しつつ、振動板５０の変位量を増大させることができる。

【0053】

詳しくは、振動板５０の第１領域Ｐ１に所定厚さの厚肉部５５が設けられていることで、圧力室１２の端部付近でのクラックの発生を抑制することができる。本発明に係る記録ヘッド１では、圧電アクチュエーター３００が圧力室１２の端部に沿って環状の活性部３１０を備えている。このため、圧電アクチュエーター３００を駆動した際、圧力室１２の端部付近において振動板５０が比較的大きく変形する。特に、圧力室１２の並設方向であるＸ軸方向の端部付近において振動板５０が大きく変形する。このため、圧力室１２の端部付近では振動板５０にクラックが生じ易い。しかしながら、振動板５０の第１領域Ｐ１に所定厚さの厚肉部５５が設けられていることで、振動板５０の第１領域Ｐ１の剛性が高められ、圧力室１２の端部付近における振動板５０へのクラックの発生を抑制することができる。また振動板５０の第１領域Ｐ１が硬くなることで共振周波数が向上するため、圧電アクチュエーター３００の駆動速度の向上を図ることもできる。

【0054】

一方、振動板５０の第２領域Ｐ２に厚肉部５５よりも厚さの薄い薄肉部５６が設けられていることで、圧電アクチュエーター３００の駆動による振動板５０の変位量を増大することができる。本発明に係る記録ヘッド１では、圧力室１２の中央部には、圧電アクチュエーター３００の活性部３１０は設けられていない。このため、圧電アクチュエーター３００を駆動した際、振動板５０の第２領域Ｐ２にはクラックは発生し難いが、変形量は比較的小さい。しかしながら、振動板５０の第２領域Ｐ２に薄肉部５６を設けることで、圧電アクチュエーター３００を駆動した際、振動板５０の第２領域Ｐ２の変形量を増大させることができ、それに伴い振動板５０の可撓領域Ｐ全体の変形量が増大する。

【0055】

また振動板５０のヤング率は、圧電体層７０のヤング率よりも小さい。なおここでいう振動板５０のヤング率とは、振動板５０を構成する各層の厚みに比例して加重平均した平均値である。このように比較的硬い材料で形成されている振動板５０に薄肉部５６が設けられていることで、圧電アクチュエーター３００を駆動した際の振動板５０の変位量をより効果的に増大させることができる。

【0056】

ここで、圧電アクチュエーター３００の活性部３１０が設けられた振動板５０の第１領域Ｐ１と、活性部３１０が設けられていない振動板５０の第２領域Ｐ２とでは、好ましい中立軸の位置が異なる。振動板５０の厚さが可撓領域Ｐに亘って略一定であると、第１領域Ｐ１及び第２領域Ｐ２のそれぞれにおいて中立軸を適切な位置に設定することは難しい。

【0057】

しかしながら振動板５０が厚肉部５５及び薄肉部５６を備えていることで、振動板５０の第１領域Ｐ１と第２領域Ｐ２とのそれぞれにおいて中立軸を適切な位置に設定することができる。すなわち厚肉部５５及び薄肉部５６の厚さ等を調整することで、振動板５０の第１領域Ｐ１と第２領域Ｐ２とのそれぞれにおいて中立軸を適切な位置に設定することができる。これにより、圧電アクチュエーター３００を駆動した際の振動板５０の変位量をより効果的に増大させることができる。

【0058】

以上のようなことから、振動板５０が第１領域Ｐ１に厚肉部５５を備えると共に、第２領域Ｐ２に薄肉部５６を備えていることで、圧電アクチュエーター３００を駆動した際、振動板５０に対するクラックの発生を抑制しつつ、振動板５０の変位量の向上を図ることができる。したがって、記録ヘッド１の破損を抑制しつつ、噴射性能を高めることができ、ひいては記録ヘッド１の耐久性や信頼性の向上を図ることができる。

【0059】

このような本実施形態の構成において、振動板５０の厚肉部５５は、第１領域Ｐ１の少なくとも一部に設けられていればよいが、第１領域Ｐ１のできるだけ広い範囲に設けられていることが好ましい。本実施形態では、厚肉部５５は、第１領域Ｐ１の全体に亘って連続して設けられている。つまり厚肉部５５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の何れにおいても、第１領域Ｐ１に亘って連続して設けられている。これにより、第１領域Ｐ１における振動板５０の剛性を適切に高めることができる。

【0060】

さらに本実施形態では、圧電アクチュエーター３００の活性部３１０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の何れにおいても、圧力室１２を隔てる隔壁１１上まで延設されている。そして振動板５０の厚肉部５５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の何れにおいても、第１領域Ｐ１から隔壁１１上の活性部３１０が設けられた領域まで連続して設けられている。すなわち、圧電アクチュエーター３００の活性部３１０は、振動板５０の厚肉部５５に対応する部分だけに設けられている。

【0061】

これにより、圧電アクチュエーター３００の活性部３１０においては、第１の電極６０と第２の電極８０との距離が全体に亘って略均一となり、電界強度も全体に亘って略均一となる。したがって、活性部３１０における焼損の発生を抑制することができる。

【0062】

一方、薄肉部５６は、第２領域Ｐ２の少なくとも一部に設けられていればよいが、第２領域Ｐ２のできるだけ広い範囲に設けられていることが好ましい。また薄肉部５６は、第２領域Ｐ２の外側、つまり第１領域Ｐ１まで連続して設けられていてもよいが、第２領域Ｐ２の内側だけに設けられていることが好ましい。本実施形態では、薄肉部５６は、第２領域Ｐ２の内側に、第２領域Ｐ２と同程度の大きさで形成されている。すなわち振動板５０の第２領域Ｐ２のほぼ全体が、薄肉部５６となっている。薄肉部５６をこのような大きさで形成することで、振動板５０のクラックを抑制しつつ、振動板５０の変位量を効果的に高めることができる。

【0063】

これら厚肉部５５及び薄肉部５６の厚さは、特に限定されず、例えば、圧電アクチュエーター３００の変位特性、振動板５０の剛性や変形量等を考慮して適宜決定さればよい。ただし、薄肉部５６の厚さは、厚肉部５５の半分程度或いはそれよりも薄くすることが好ましい。これにより、振動板５０の変位量をより向上させ易くなる。

【0064】

また、本実施形態の振動板５０は、第１振動板５１及び第２振動板５２で構成されているが、振動板５０の構成は特に限定されるものではない。例えば、振動板５０は、単層から構成されていてもよいし、３層以上で構成されていてもよいが、クラックの発生を抑制するためには２層以上で構成されていることが好ましい。

【0065】

また本実施形態では、第１振動板５１にその厚さ方向の一部を除去した凹部５７を設けることで、振動板５０に薄肉部５６を形成するようにしたが、例えば、図６に示すように、第１振動板５１は全面に亘って略均一な厚さとし、酸化ジルコニウム膜である第２振動板５２にその厚さ方向の一部を除去した凹部５７を設け、これにより振動板５０の薄肉部５６を形成してもよい。

【0066】

振動板５０をこのような構成としても、圧電アクチュエーター３００を駆動した際の振動板５０に対するクラックの発生を抑制しつつ、振動板５０の変位量を増大させることができる。また酸化ジルコニウムを含みヤング率が比較的大きい第２振動板５２に凹部５７を設けることで、圧電アクチュエーター３００を駆動した際の振動板５０の変位量をさらに増大させ易くなる。

【0067】

また本実施形態では、圧電体層７０の第２領域Ｐ２に対応する部分に開口部７０ａが形成されており、このことによっても、圧電アクチュエーター３００を駆動した際の振動板５０の変位量がさらに増大する。なお圧電体層７０の第２領域Ｐ２に対応する部分は、完全に除去されていなくてもよく、他の部分よりも薄くなっていればよい。勿論、圧電体層７０の開口部７０ａは、必ずしも設けられていなくてもよい。すなわち圧電体層７０は、可撓領域Ｐに対応する部分を覆って設けられていてもよい。

【0068】

（実施形態２）
図７は、実施形態２に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。なお、実施形態１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７に示すように、本実施形態の記録ヘッド１Ａでは、振動板５０Ａが、第１振動板５１及び第２振動板５２と、この第２振動板５２の－Ｚ方向側に設けられた第３振動板５３とを備えている。そして、この第３振動板５３に凹部５７Ａが設けられて、振動板５０に薄肉部５６Ａが形成されている。この凹部５７Ａは、第３振動板５３を厚さ方向に貫通して設けられている。したがって、振動板５０Ａの第１領域Ｐ１に設けられる厚肉部５５Ａは、第１振動板５１、第２振動板５２及び第３振動板５３で構成され、薄肉部５６Ａは、第１振動板５１及び第２振動板５２で構成されている。第３振動板５３の材料としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）が好適に用いられる。ただし、この第３振動板５３の材料は、特に限定されず、例えば、接着剤等であってもよい。

【0070】

振動板５０Ａをこのような構成としても、実施形態１と同様に、圧電アクチュエーター３００を駆動した際の振動板５０に対するクラックの発生を抑制しつつ、振動板５０の変位量を増大させることができる。

【0071】

また振動板５０は、厚さ方向に積層された複数の膜、本実施形態では、第１振動板５１、第２振動板５２及び第３振動板５３で構成され、これら複数の膜のうちの何れか一層、本実施形態では、第３振動板５３がその厚さ方向に亘って除去されて、薄肉部５６Ａが形成されている。すなわち凹部５７Ａが、第３振動板５３をその厚さ方向に亘って除去することで形成されている。これにより、厚肉部５５Ａ及び薄肉部５６Ａを備える振動板５０Ａを比較的容易に形成することができ、量産性が向上する。

【0072】

なお本実施形態では、凹部５７Ａは、第３振動板５３をその厚さ方向に亘って除去することによって形成されているが、その他の膜を除去することで形成されていてもよい。例えば、第２振動板５２をその厚さ方向に亘って除去することで凹部５７Ａを形成するようにしてもよい。また例えば、第３振動板５３及び第２振動板５２をその厚さ方向に亘って除去することで、凹部５７Ａを形成してもよい。

【0073】

（実施形態３）
図８は、実施形態３に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。なお、実施形態１と同一部材に同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0074】

図８に示すように、本実施形態に係る記録ヘッド１Ｂでは、振動板５０Ｂは、実施形態１と同様に、第１振動板５１及び第２振動板５２で構成されている。そして薄肉部５６Ｂは、第１振動板５１の厚さ方向の一部を圧力室１２側から除去することによって形成されている。すなわち第１振動板５１には、圧力室１２側からその厚さ方向の一部を除去することで凹部５７Ｂが設けられており、これにより薄肉部５６Ｂと共に厚肉部５５Ｂが形成されている。

【0075】

振動板５０Ｂをこのような構成としても、実施形態１と同様に、圧電アクチュエーター３００を駆動した際の振動板５０に対するクラックの発生を抑制しつつ、振動板５０Ｂの変位量を増大させることができる。

【0076】

また薄肉部５６Ｂが第１振動板５１の厚さ方向の一部を圧力室１２側から除去することによって形成されていることで、すなわち第１振動板５１の圧力室１２側の面に凹部５７Ｂが形成されていることで、振動板５０Ｂの圧電アクチュエーター３００側の面は、凹凸が形成されることなく平面となっている。したがって、圧電アクチュエーター３００の製造が容易となり、量産性が向上する。

【0077】

ただし、振動板５０Ｂの圧電アクチュエーター３００側の面は、必ずしも平面でなくてもよい。例えば、実施形態１と同様に、第１振動板５１の第１の電極６０側の面に凹部５７を設けると共に、第１振動板５１の圧力室１２側の面に凹部５７Ｂを設けるようにしてもよい。

【0078】

なお、第１振動板５１に凹部５７Ｂを形成する方法は、特に限定されず、既存の技術を用いて形成すればよい。例えば、流路形成基板１０を異方性エッチング等により圧力室１２を形成する場合、流路形成基板１０が除去されて第１振動板５１の表面が露出された後、第１振動板５１をフッ化水素（ＨＦ）等によりエッチングすることによって凹部５７Ｂを形成することができる。

【0079】

その際、流路形成基板１０の表面に、いわゆる補正パターンを所定形状に設けることで、一つのマスクパターンを用いて、流路形成基板１０に圧力室１２を形成すると共に、第１振動板５１に凹部５７Ｂを形成することもできる。

【0080】

（実施形態４）
図９は、実施形態４に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。なお、実施形態１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。

【0081】

図９に示すように、本実施形態の記録ヘッド１Ｃでは、振動板５０Ｃの圧力室１２に対向する領域、つまり可撓領域Ｐが、第１振動板５１及び第２振動板５２と、第１振動板５１の＋Ｚ方向側である圧力室１２側に設けられた第３振動板５３Ａとで構成されている。この第３振動板５３Ａは、圧力室１２内において第１振動板５１の表面に設けられている。そして、この第３振動板５３Ａに凹部５７Ｃが設けられることで、振動板５０Ｃに薄肉部５６Ｃが形成されると共に厚肉部５５Ｃが形成されている。この凹部５７Ｃは、第３振動板５３Ａを厚さ方向に貫通して設けられている。

【0082】

このため、本実施形態の構成では、振動板５０Ｃの第１領域Ｐ１に設けられる厚肉部５５Ｃは、第１振動板５１、第２振動板５２及び第３振動板５３Ａで構成されている。一方、第２領域Ｐ２に設けられる薄肉部５６Ｃは、第１振動板５１及び第２振動板５２で構成されている。

【0083】

第３振動板５３Ａの材料は、特に限定されるものではない。本実施形態では、第３振動板５３Ａの材料として、共通液室基板３０を流路形成基板１０に接着するための接着剤が用いられている。また第３振動板５３Ａの形成方法も、特に限定されるものではない。例えば、共通液室基板３０と流路形成基板１０とを接合する際、両者を接着するための接着剤の塗布量を増量する。これにより、共通液室基板３０と流路形成基板１０と接着剤を介して当接させた際、余分な接着剤が圧力室１２の側壁で形成される角部に沿って第１振動板５１まで這い上がり、流路形成基板１０と第１振動板５１とで形成される角部付近、つまり振動板５０Ｃの第１領域Ｐ１に接着剤からなる第３振動板５３Ａが形成される。

【0084】

すなわち、振動板５０Ｃの第２領域Ｐ２には第３振動板５３Ａが形成されることなく、振動板５０Ｃの第１領域Ｐ１のみに第３振動板５３Ａが形成される。言い換えれば、振動板５０Ｃの第１領域Ｐ１のみに第３振動板５３Ａが形成され、振動板５０Ｃの第２領域Ｐ２には、第３振動板５３Ａを厚さ方向に貫通する凹部５７Ｃが形成されて、振動板５０Ｃの凹部５７Ｃに対応する部分が薄肉部５６Ｃとなる。なお上述のように圧力室１２の角部を這い上がった接着剤によって形成された第３振動板５３Ａは、Ｚ軸方向の厚さが圧力室１２の端部で最も厚く圧力室１２の中央部側ほど薄くなる。勿論、第３振動板５３Ａの厚さは、全体に亘って略一定となっていてもよい。

【0085】

振動板５０Ｃをこのような構成としても、実施形態１と同様に、圧電アクチュエーター３００を駆動した際の振動板５０Ｃに対するクラックの発生を抑制しつつ、振動板５０Ｃの変位量を増大させることができる。

【0086】

また本実施形態では、第３振動板５３Ａが接着剤によって形成されているため、振動板５０Ｃに厚肉部５５Ｃ及び薄肉部５６Ｃを設けることによる変位への影響が小さく抑えられる。したがって、振動板５０Ｃをより適切に変位させることができ、記録ヘッド１のさらなる信頼性の向上を図ることができる。

【0087】

（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、上述した構成に限定されるものではない。

【0088】

例えば、上述の実施形態では、振動板が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれにおいて、第１領域に厚肉部を備えると共に、第２領域に薄肉部を備えるようにしたが、Ｙ軸方向における振動板の構成はこれに限定されるものではない。すなわち、振動板は、少なくともＸ軸方向において、厚肉部と薄肉部とを備えていればよく、Ｙ軸方向においては、厚肉部と薄肉部とを備えていなくてもよい。このような構成としても、振動板に対するクラックの発生を抑制しつつ、振動板の変位量を増大させることができるという作用効果は得られる。

【0089】

また、上述の各実施形態では、第１の電極が複数の活性部に共通する共通電極を構成し、第２の電極が各活性部で独立する個別電極を構成するようにしたが、第１の電極が個別電極を構成し、第２の電極が共通電極を構成するようにしてもよい。この場合であっても、振動板が厚肉部及び薄肉部を備えていることで、上述の実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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からインク滴を噴射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。

【0094】

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。

【0095】

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】

【0096】

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、１５…連通板、２０…ノズルプレート、２１…ノズル、３０…共通液室基板、３１…第１流路、３２…第２流路、３５…共通液室、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定基板、４３…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、５５…厚肉部、５６…薄肉部、５７…凹部、６０…第１の電極、７０…圧電体層、７０ａ…開口部、８０…第２の電極、８０ａ…開口部、１００…流路ユニット、３００…圧電アクチュエーター、３１０…活性部、Ｓ…記録シート、Ｐ…可撓領域、Ｐ１…第１領域、Ｐ２…第２領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】