特許 7646951 液体吐出ヘッド、ヘッドモジュール、および、記録装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-07

(45)【発行日】2025-03-17

(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド、ヘッドモジュール、および、記録装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20250310BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 305

B41J2/14 607

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2024558185

(86)(22)【出願日】2024-08-29

(86)【国際出願番号】 JP2024031068

【審査請求日】2024-09-30

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2023/031914

(32)【優先日】2023-08-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 光弘

(72)【発明者】

【氏名】山口 晃史

【審査官】牧島 元

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１３４８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３０９８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５８０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０９０２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１１７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８２６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１８２３７１４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７１３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０６１７０４（ＪＰ，Ａ）

(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】

複数の圧力室と、
前記複数の圧力室のそれぞれに繋がる複数のノズルと、
前記複数の圧力室上に位置する振動板と、
前記複数の圧力室に対応する前記振動板上に位置する複数の圧電素子と、
を備え、
前記振動板は、
第１シリコン酸化層と、
前記第１シリコン酸化層上に位置し、厚みが１．１μｍ～１．９μｍである単層のシリコン層と、
前記単層のシリコン層上に位置する第２シリコン酸化層と、
を有し、
前記単層のシリコン層は、単結晶シリコンから構成される
液体吐出ヘッド。

【請求項2】

複数の圧力室と、
前記複数の圧力室のそれぞれに繋がる複数のノズルと、
前記複数の圧力室上に位置する振動板と、
前記複数の圧力室に対応する前記振動板上に位置する複数の圧電素子と、
を備え、
前記振動板は、
第１シリコン酸化層と、
前記第１シリコン酸化層上に位置し、厚みが１．１μｍ～１．３５μｍである単層のシリコン層と、
前記単層のシリコン層上に位置する第２シリコン酸化層と、
を有し、
前記第１シリコン酸化層の厚みおよび前記第２シリコン酸化層の厚みの合計は、０．５μｍ以上である
液体吐出ヘッド。

【請求項3】

前記第１シリコン酸化層の厚みおよび前記第２シリコン酸化層の厚みの合計は、０．５μｍ以上であり、
前記単層のシリコン層の厚みは、１．１μｍ～１．３５μｍである
請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項4】

前記単層のシリコン層は、前記第１シリコン酸化層および前記第２シリコン酸化層に直接接する
請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項5】

前記第１シリコン酸化層の厚みおよび前記第２シリコン酸化層の厚みの合計は、０．３μｍ以下であり、
前記単層のシリコン層の厚みは、１．３μｍ～１．８μｍである
請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項6】

前記第１シリコン酸化層の厚みおよび前記第２シリコン酸化層の厚みの合計は、０．３μｍより大きく、
前記単層のシリコン層の厚みは、１．１μｍ～１．５５μｍである
請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項7】

前記複数のノズルの解像度は、１５０ｄｐｉ～１２００ｄｐｉである
請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項8】

前記単層のシリコン層は、厚みが最大となる部分と厚みが最小となる部分の差が、０．０１μｍ以上である
請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項9】

前記圧電素子の厚みは、前記振動板の厚みより薄い
請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項10】

前記第１シリコン酸化層は、前記圧力室に対応する部分において、中央部の厚みが、端部の厚みよりも厚い
請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項11】

断面視したとき、
前記圧力室は、高さ方向に一対の第１端部および第２端部を有しており、
前記第１端部は、前記振動板に接しており、
前記第２端部は、前記ノズルに接しており、
前記第１端部の幅は、前記第２端部の幅よりも大きい
請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項12】

前記複数の圧電素子は、前記振動板上に、前記複数の圧力室に共通した共通電極を含んでおり、
前記第２シリコン酸化層は、前記共通電極下に位置する部分の厚みが、前記共通電極下に位置していない部分の厚みより厚い
請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項13】

請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドにおける前記複数の圧電素子に共通に印加される電圧の値が格納された格納部と、を備える
ヘッドモジュール。

【請求項14】

複数の前記液体吐出ヘッドを備え、
前記電圧の値は、複数の前記液体吐出ヘッドの間で、異なる値である
請求項１３に記載のヘッドモジュール。

【請求項15】

前記単層のシリコン層の厚みの平均値は、複数の前記液体吐出ヘッドの間で、０．０１μｍ以上異なる
請求項１４に記載のヘッドモジュール。

【請求項16】

請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動部と、
前記移動部を制御する制御部と、を備える
記録装置。

【請求項17】

請求項１３に記載のヘッドモジュールと、
前記ヘッドモジュールと記録媒体とを相対移動させる移動部と、
前記移動部を制御する制御部と、を備える
記録装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、液体吐出ヘッド、ヘッドモジュール、および、記録装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液体を記録媒体に向かって吐出する液体吐出ヘッドが知られている。このような液体吐出ヘッドは、複数の圧力室と、複数の圧力室のそれぞれに繋がる複数のノズルと、複数の圧力室上に位置する振動板と、複数の圧力室に対応する振動板上に位置する複数の圧電素子と、を備えている。圧電素子に電圧が印加されると、圧電素子が変位し、この圧電素子の変位に伴い、振動板が変位する。振動板の変位により、圧力室内の液体が加圧され、圧力室に繋がるノズルから液体が吐出される。

【0003】

特許文献１には、振動板の材料としてＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハが用いられており、シリコン層の上面および下面に第１シリコン酸化層および第２シリコン酸化層が形成されている。特許文献１には、シリコン層の厚みが２μｍ～２０μｍ、第１シリコン酸化層および第２シリコン酸化層の厚みがそれぞれ０．５μｍ～２．０μｍであることが開示されている。

【0004】

特許文献２には、振動板としてＳＯＩウェハが用いられており、シリコン層の上面および下面に第１シリコン酸化層および第２シリコン酸化層が形成されている。特許文献２には、シリコン層の厚みが３μｍ以上、第１シリコン酸化層の厚みが０．５μｍ以上、第２シリコン酸化層の厚みが０．５μｍ以上であることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００８－２２８４５８号公報

【文献】特開２０１９－１６１２１３号公報

【発明の概要】

【0006】

本開示の一態様に係る液体吐出ヘッドは、複数の圧力室と、前記複数の圧力室のそれぞれに繋がる複数のノズルと、前記複数の圧力室上に位置する振動板と、前記複数の圧力室に対応する前記振動板上に位置する複数の圧電素子と、を備え、前記振動板は、第１シリコン酸化層と、前記第１シリコン酸化層上に位置し、厚みが１．１μｍ～１．９μｍである単層のシリコン層と、前記単層のシリコン層上に位置する第２シリコン酸化層と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本実施形態に係るプリンタを模式的に示す側面図である。

【図2】図２は、本実施形態に係るプリンタを模式的に示す平面図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドを模式的に示す平面図である。

【図4】図４は、図３に示す液体吐出ヘッドをＡから見た図である。

【図5】図５は、図３に示す領域Ｉを拡大した図である。

【図6】図６は、図５に示すＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。

【図7】図７は、図５に示すＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿った断面図である。

【図8】図８は、第１シリコン酸化層の厚みおよび第２シリコン酸化層の厚みの合計が０．１μｍのときの評価実験結果を示した図である。

【図9】図９は、第１シリコン酸化層の厚みおよび第２シリコン酸化層の厚みの合計が０．２μｍのときの評価実験結果を示した図である。

【図10】図１０は、第１シリコン酸化層の厚みおよび第２シリコン酸化層の厚みの合計が０．３μｍのときの評価実験結果を示した図である。

【図11】図１１は、第１シリコン酸化層の厚みおよび第２シリコン酸化層の厚みの合計が０．４μｍのときの評価実験結果を示した図である。

【図12】図１２は、第１シリコン酸化層の厚みおよび第２シリコン酸化層の厚みの合計が０．５μｍのときの評価実験結果を示した図である。

【図13】図１３は、第１シリコン酸化層の厚みおよび第２シリコン酸化層の厚みの合計が０．６μｍのときの評価実験結果を示した図である。

【図14】図１４は、振動板の変位量を示した図である。

【図15】図１５は、図６に示す領域ＩＶを拡大した図である。

【図16】図１６は、図７に示す領域Ｖを拡大した図である。

【図17】図１７は、ヘッドモジュールの構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0009】

なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率などは現実のものとは必ずしも一致していない。同一の構成を示す複数の図面同士においても、形状などを誇張するために、寸法比率などは互いに一致していないことがある。

【0010】

図１および図２を参照して本実施形態に係るプリンタ１０の構成について説明する。

【0011】

図１は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１を含むプリンタ１０を模式的に示す側面図である。図２は、プリンタ１０を模式的に示す平面図である。プリンタ１０は、例えば、カラーインクジェットプリンタである。

【0012】

図１に示すように、プリンタ１０は、給紙ローラ１０１、ガイドローラ１０２、搬送ローラ１０３、回収ローラ１０４、ヘッドケース１０５、フレーム１０６、液体吐出ヘッド１、乾燥機１０７、センサ部１０８、および、制御部１０９を備える。

【0013】

制御部１０９は、給紙ローラ１０１、ガイドローラ１０２、搬送ローラ１０３、回収ローラ１０４、ヘッドケース１０５、フレーム１０６、液体吐出ヘッド１、乾燥機１０７、および、センサ部１０８の動作を制御する。

【0014】

給紙ローラ１０１、ガイドローラ１０２、搬送ローラ１０３、および、回収ローラ１０４は、印刷用紙Ｐと液体吐出ヘッド１とを相対移動させる移動部を構成している。印刷用紙Ｐは記録媒体の一例である。移動部は、制御部１０９によって、制御されている。印刷用紙Ｐは給紙ローラ１０１から、２つのガイドローラ１０２Ａの間を通り、複数の搬送ローラ１０３上に搬送される。その後、印刷用紙Ｐは、二つのガイドローラ１０２Ｂの間および２つのガイドローラ１０２Ｃの間を通り、回収ローラ１０４へと搬送される。

【0015】

ヘッドケース１０５は、搬送ローラ１０３、フレーム１０６、および、液体吐出ヘッド１を収容する。ヘッドケース１０５は、印刷用紙Ｐが出入りする部分などの一部において外部と繋がっているが、他は、外部と隔離された空間である。ヘッドケース１０５の内部空間は、必要に応じて、制御部１０９によって、温度、湿度、および、気圧などの制御因子が制御される。

【0016】

フレーム１０６は、平板状であり、搬送ローラ１０３で搬送される印刷用紙Ｐの上方に近接して位置している。フレーム１０６はヘッドケース１０５内に４つ、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って所定の間隔で位置している。プリンタ１０に搭載されているフレーム１０６の個数は、印刷する対象または印刷条件に応じて適宜変更可能である。

【0017】

液体吐出ヘッド１は、図２の紙面上下方向に細長い長尺形状を有している。液体吐出ヘッド１は、図２に示すように、各フレーム１０６に５つ搭載されている。各フレーム１０６内において、５つの液体吐出ヘッド１で、ヘッドモジュール１００を構成している。各フレーム１０６内において、３個の液体吐出ヘッド１は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に沿って並んでおり、他の２個の液体吐出ヘッド１は搬送方向に沿ってずれた位置で、３個の液体吐出ヘッド１の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。各フレーム１０６内において、各液体吐出ヘッド１が、印刷用紙Ｐの搬送方向において重複するように配置されている。１つのフレーム１０６に含まれる液体吐出ヘッド１の個数は、印刷する対象または印刷条件に応じて適宜変更可能である。移動部は、印刷用紙Ｐとヘッドモジュール１００とを相対移動させることにより、印刷用紙Ｐと液体吐出ヘッド１とを相対移動させる。

【0018】

本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、プリンタ１０に対して固定されている。すなわち、プリンタ１０は、ラインプリンタとなっている。なお、プリンタ１０は、ラインプリンタに限られず、液体吐出ヘッド１を印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に移動させつつ液滴を吐出する動作と、印刷用紙Ｐの搬送とを交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタであってもよい。

【0019】

液体吐出ヘッド１は、画像または文字などのデータに基づいて、制御部１０９によって制御され、印刷用紙Ｐに向けて液体を吐出する。液体吐出ヘッド１と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば、０．５～２０ｍｍ程度である。

【0020】

１つのヘッドモジュール１００に属する液体吐出ヘッド１には、同じ色の液体が供給されるようになっており、４つのヘッドモジュール１００で４色の液体が印刷できる。各ヘッドモジュール１００は、５つの液体吐出ヘッド１上にわたって位置するリザーバ基板を設けてもよい。これにより、リザーバ基板が有する流路から５つの液体吐出ヘッド１に液体を供給することが可能である。各ヘッドモジュール１００の液体吐出ヘッド１から吐出される液体の色は、例えば、マゼンタ、イエロー、シアン、および、ブラックである。このような液体を印刷用紙Ｐに着弾させることにより、カラー画像を印刷できる。なお、液体の色の種類は、適宜変更可能である。また、１つのヘッドモジュール１００に属する液体吐出ヘッド１において、数種類の色の液体を供給し、１つのヘッドモジュール１００で数種類の色の液体が印刷できる構成であってもよい。

【0021】

さらに、色のある液体を印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を、液体吐出ヘッド１で一様に、あるいはパターンニングして印刷してもよい。なお、液体吐出ヘッド１に代えて、図示しない塗布機からコーティング剤を塗布してもよい。

【0022】

乾燥機１０７は、印刷用紙Ｐを乾燥させる。２つのガイドローラ１０２Ｂを通ったあと、乾燥機１０７により印刷用紙Ｐは、乾燥される。乾燥機１０７で乾燥することにより、回収ローラ１０４において、重なって巻き取られる印刷用紙Ｐ同士が接着したり、未乾燥の液体が擦れることが起き難くなる。

【0023】

センサ部１０８は、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを備えている。制御部１０９が、各センサからの情報に基づいて、プリンタ１０の各部を制御することができる。

【0024】

プリンタ１０は、液体吐出ヘッド１をクリーニングするクリーニング部を備えていてもよい。クリーニング部は、たとえば、ワイピング処理またはキャッピング処理によって液体吐出ヘッド１の洗浄を行う。

【0025】

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ１０は、記録媒体を搬送ベルトにおいて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙、裁断された布、木材、または、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド１から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド１から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤または化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

【0026】

図３および図４を参照して本実施形態に係る液体吐出ヘッド１の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１を模式的に示す平面図である。図４は、図３に示す液体吐出ヘッド１をＡから見た側面図である。なお、図３中の紙面上下方向に図示された２本の波線は、省略線を表す。

【0027】

なお、説明を分かりやすくするために、図３には、紙面上向きを正方向とするＸ軸、紙面右方向を正方向とするＹ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後述の説明に用いる他の図面でも示している。また、以下の説明では、便宜的に、液体吐出ヘッド１において、Ｚ軸正方向側を「上」と呼称する場合がある。なお、液体吐出ヘッド１において、Ｘ軸方向は、印刷用紙Ｐの搬送方向である。

【0028】

液体吐出ヘッド１は、ノズル部材２、アクチュエータ部材３、支持部材４、および、液体供給部材５を備える。

【0029】

ノズル部材２は、複数のノズル２１を備える。ノズル部材２は、シリコンで形成されている。

【0030】

複数のノズル２１は、ノズル部材２をＺ軸方向に貫通する貫通孔である。複数のノズル２１は、Ｙ軸方向に沿って位置しており、ノズル群２１Ｇを形成している。本実施形態に係るノズル群２１Ｇは、Ｘ軸正方向側に第１ノズル群２１ＧＡを有しており、Ｘ軸負方向側に第２ノズル群２１ＧＢを有している。本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、ノズル群２１Ｇを２つ有しているが、１つのみ有していてもよいし、３つ以上有していてもよい。本実施形態に係る２つのノズル群２１Ｇは、互いに平行に構成されている。また、ノズル群２１ＧのＹ軸方向のノズル２１間の大きさは８４．６μｍである。つまり、各ノズル群２１Ｇのノズル２１の解像度は、３００ｄｐｉである。第１ノズル群２１ＧＡのノズル２１はそれぞれ、第２ノズル群２１ＧＢの複数のノズル２１のＹ軸方向における間に位置している。つまり、第１ノズル群２１ＧＡのノズル２１と第２ノズル群２１ＧＢのノズル２１とは、互いにＹ軸方向にずれており、２つのノズル群２１Ｇを合わせたノズル２１の解像度は６００ｄｐｉとなる。なお、各ノズル群２１Ｇのノズル２１間の大きさは、適宜設定されてよい。

【0031】

アクチュエータ部材３は、複数の圧力室３１および複数の第１アパチャ３２が形成されたシリコン基板３０、シリコン基板３０上に位置する振動板３３、および、振動板３３上に位置する複数の圧電素子３４から構成されている。シリコン基板３０は、ノズル部材２上に位置している。本実施形態に係るアクチュエータ部材３は、平面視して、ノズル部材２とほぼ同じ形状を有している。

【0032】

複数の圧力室３１は、シリコン基板３０をＺ軸方向に貫通する貫通孔であり、それぞれ、複数のノズル２１に繋がるように設けられている。本実施形態に係る複数の圧力室３１はそれぞれ、複数のノズル２１に物理的に繋がっているがこれに限らない。例えば、複数の圧力室３１はそれぞれ、ディセンダのような流路を介して、複数のノズル２１に流体的に繋がっていてもよい。すなわち、「繋がる」とは物理的に繋がる場合に限らず、流体的に繋がる場合も含む概念である。複数の圧力室３１は、複数のノズル２１と同様に、Ｙ軸方向に沿って位置している。また、複数の圧力室３１は、平面視して、その長手方向がＸ軸方向に沿うように位置しており、その短手方向がＹ軸方向に沿うように位置している。本実施形態に係る圧力室３１は、ほぼ矩形の平面形状を有するが、これに限らない。例えば、圧力室３１は、ひし形または円形の平面形状を有していてもよい。圧力室３１内には液体が貯蔵される。圧力室３１内の液体に圧力が付与されることにより、液体がノズル２１から液滴として外部へ吐出される。

【0033】

複数の第１アパチャ３２は、シリコン基板３０をＺ軸方向に貫通する貫通孔であり、それぞれ、複数の圧力室３１の長手方向の一方の端部に繋がるように設けられている。Ｘ軸正方向側に位置する圧力室３１と繋がる第１アパチャ３２は、圧力室３１のＸ軸負方向側の端部に繋がるように設けられている。Ｘ軸負方向側に位置する圧力室３１と繋がる第１アパチャ３２は、圧力室３１のＸ軸正方向側の端部に繋がるように設けられている。また、第１アパチャ３２内には、圧力室３１内と同様に、液体が貯蔵される。第１アパチャ３２は、平面視したとき、圧力室３１に対してＹ軸方向の幅、つまり、流路幅が小さいため、いわゆるしぼりとして機能する。

【0034】

振動板３３は、複数の圧力室３１上および複数の第１アパチャ３２上に位置している。

【0035】

複数の圧電素子３４は、複数の圧力室３１に対応する振動板３３上に位置している。複数の圧電素子３４は、複数の圧力室３１と１：１の関係で設けられている。圧電素子３４に電圧を印加することにより、圧電素子３４が変位する。圧電素子３４の変位に伴い、圧力室３１上に位置する振動板３３も変位する。その結果、圧力室３１の液体に圧力が付与される。これにより、圧力室３１からノズル２１を介して、液体が吐出される。

【0036】

支持部材４は、アクチュエータ部材３上に位置している。支持部材４は、アクチュエータ部材３よりもＺ軸方向に厚い所定の厚みを有しており、アクチュエータ部材３を支持する機能を有する。支持部材４は、複数の第２アパチャ４１を備える。支持部材４は、シリコンで形成されている。

【0037】

複数の第２アパチャ４１は、支持部材４をＺ軸方向に貫通する貫通孔であり、それぞれ、複数の第１アパチャ３２に繋がるように設けられている。複数の第２アパチャ４１はそれぞれ、複数の第１アパチャ３２を介して複数の圧力室３１に繋がる。第２アパチャ４１は、第１アパチャ３２と同様に、いわゆるしぼりとして機能する。また、複数の第２アパチャ４１は、平面視したとき、支持部材４のＸ軸方向の中央に位置する。

【0038】

液体供給部材５は、支持部材４上に位置している。液体供給部材５は、平面視して、支持部材４とほぼ同じ形状を有している。液体供給部材５は、共通流路５１を備える。液体供給部材５は、樹脂で形成されている。

【0039】

共通流路５１は、平面視したとき、液体供給部材５のＸ軸方向の中央に位置し、Ｙ軸方向に沿って設けられている。このため、共通流路５１は、複数の第２アパチャ４１上に位置しており、複数の第２アパチャ４１に繋がる。そのため、共通流路５１は、複数の第２アパチャ４１に液体を供給することができる。

【0040】

圧力室３１、第１アパチャ３２、第２アパチャ４１、および、共通流路５１には液体が満たされている。圧電素子３４により、圧力室３１に圧力が付与されることにより、圧力室３１からノズル２１に液体が供給され、ノズル２１から液滴が吐出される。また、圧力室３１へは、第１アパチャ３２および第２アパチャ４１を介して共通流路５１から液体が補充される。

【0041】

本実施形態に係る液体吐出ヘッド１では、各圧力室３１から共通流路５１までに、第１アパチャ３２および第２アパチャ４１の２つのアパチャが設けられている。これにより、一の圧力室３１で生じた圧力波が共通流路５１を介して他の圧力室３１まで伝搬する、いわゆる、クロストークを軽減することができる。

【0042】

なお、図３および図４は、液体吐出ヘッド１の構成の一例を示すものであり、図３および図４に示した部材以外の部材をさらに含んでもよい。

【0043】

また、共通流路５１は、圧力室３１に液体を供給する共通流路５１および圧力室３１から液体を回収する共通流路５１を有していてもよい。これにより、液体吐出ヘッド１は、ノズル２１から吐出されなかった液体の一部を回収する、循環機能を有することとなる。

【0044】

図５、図６、および、図７を参照して本実施形態に係る圧力室３１周辺の構成について詳細に説明する。図５は、図３に示す領域Ｉを拡大した図である。図６は、図５に示すＩＩ―ＩＩ線に沿った断面図である。図７は、図５に示すＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿った断面図である。また、図５、図６、および、図７において説明を分かり易くするために、液体供給部材５の図示は省略している。

【0045】

圧力室３１の長手方向の長さ３１Ｘは、例えば、３００～５００μｍである。圧力室３１の短手方向の長さ３１Ｙは、例えば、６０～８０μｍである。圧力室３１の深さ方向の長さ３１Ｚは、例えば、５０～１００μｍである。

【0046】

振動板３３は、第１シリコン酸化層３３１、第１シリコン酸化層３３１上に位置するシリコン層３３２、および、シリコン層３３２上に位置する第２シリコン酸化層３３３を有している。

【0047】

図６および図７に示すように、本実施形態に係るシリコン層３３２は、単層である。そして、シリコン層３３２は、第１シリコン酸化層３３１に接する面から、第２シリコン酸化層３３３に接する面までが、単体のシリコンを主成分とする単層である。ここで、単層とは、下面から上面までが、同じ材料である層をいう。また、同じ材料とは、完全に同じ材料である必要はなく、例えば、主成分が同じであればよい。なお、主成分とは、各成分のうち、最も含有率が多い成分を意味する。すなわち、単層は、主成分が同じであれば、不純物として異なる成分を含んでいてもよい。本実施形態に係るシリコン層３３２は、多層であるシリコン層３３２と比較して、積層数が少なくなる。このため、本実施形態に係るシリコン層３３２は、厚みのばらつきが生じる可能性を低減することができる。

【0048】

また、図６および図７に示すように、本実施形態に係る第１シリコン酸化層３３１および第２シリコン酸化層３３３も、単層である。そして、第１シリコン酸化層３３１および第２シリコン酸化層３３３は、シリコン酸化物を主成分とする単層である。

【0049】

シリコン層３３２は、第１シリコン酸化層３３１、および、第２シリコン酸化層３３３に直接接する。すなわち、シリコン層３３２と第１シリコン酸化層３３１の間、および、シリコン層３３２と第２シリコン酸化層３３３の間には、他の層を含まない。言い換えると、本実施形態に係る振動板３３は、シリコン層３３２の下面３３２ａが、第１シリコン酸化層３３１の上面３３１ａと接し、かつ、シリコン層３３２の上面３３２ｂが、第２シリコン酸化層３３３の下面３３３ａに接する。このため、本実施形態に係る振動板３３は、シリコン層３３２と第１シリコン酸化層３３１の間、および、シリコン層３３２と第２シリコン酸化層３３３の間に、他の層を含む振動板と比較して、積層数が少なくなる。このため、本実施形態に係る振動板３３は、厚みのばらつきが生じる可能性を低減することができる。

【0050】

詳しくは、後述するが、本実施形態のシリコン層３３２は、ＳＯＩウェハのシリコン層に相当する。このため、シリコン層３３２は、ＳＯＩウェハのシリコン層と同じく、単結晶シリコンから構成される。シリコン層３３２は、単結晶シリコンから構成されるため、ヤング率が１５０ＧＰa以上２００ＧＰa以下である。シリコン層３３２は、ＳＯＩウェハのシリコン層と同じく、シリコンの純度が９９％以上である。

【0051】

第１シリコン酸化層３３１は、保護層としての機能を有する。このため、第１シリコン酸化層３３１が、複数の圧力室３１とシリコン層３３２との間に位置することにより、圧力室３１内の液体からの耐食性を高めることができる。

【0052】

第２シリコン酸化層３３３は、絶縁体としての機能を有する。このため、第２シリコン酸化層３３３が、シリコン層３３２と複数の圧電素子３４との間に位置することにより、複数の圧電素子３４からシリコン層３３２への電流のリークを抑えることができる。そのため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、電気的クロストークを低減することができる。

【0053】

圧電素子３４は、共通電極３４１、圧電体３４２、および、個別電極３４３で構成されている。さらに、本実施形態に係る圧電素子３４は、振動板３３上に共通電極３４１が位置しており、共通電極３４１上に圧電体３４２が位置しており、圧電体３４２上に個別電極３４３が位置しているが、これに限らない。例えば、振動板３３からの共通電極３４１と個別電極３４３の並び順が逆であってもよい。具体的には、振動板３３上に個別電極３４３、圧電体３４２、および、共通電極３４１の順に設けられていてもよい。さらに、圧電素子３４は、共通電極３４１と振動板３３との間に、Ｔｉのような密着層を有していてもよい。また、圧電素子３４は、共通電極３４１と圧電体３４２との間、および、圧電体３４２と個別電極３４３との間にＬａＮｉＯ_３のような密着層を有していてもよい。

【0054】

本実施形態に係る共通電極３４１は、複数の圧力室３１に共通して設けられている。本実施形態に係る共通電極３４１の厚さは、０．０５μｍ以上１μｍ以下とされてよい。また、共通電極３４１の構成材料は、例えば、Ｐｔなどの金属材料が挙げられる。

【0055】

本実施形態に係る圧電体３４２は、各圧力室３１に対応して個別に設けられているが、これに限らない。例えば、圧電体３４２は、共通電極３４１と同様に、複数の圧力室３１に共通して設けられていてもよい。圧電体３４２において、個別電極３４３と共通電極３４１とに挟まれている部分は、Ｚ軸方向の厚さ方向に分極されている。このため、例えば、個別電極３４３および共通電極３４１によって圧電体３４２の分極方向に電圧を印加すると、圧電体３４２は振動板３３に沿う方向に収縮する。この収縮は、振動板３３によって規制される。その結果、圧電体３４２は圧力室３１側へ凸となるように変位する。圧電体３４２の変位に伴い、圧力室３１上に位置する振動板３３も変位する。その結果、圧力室３１の液体に圧力が付与される。圧電体３４２の厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下とされてよい。圧電体３４２の構成材料は、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３系、ＮａＮｂＯ_３系、ＢａＴｉＯ_３系、（ＢｉＮａ）ＮｂＯ_３系、ＢｉＮａＮＢ_５Ｏ_１５系などの強誘電性を有するセラミックス材料が挙げられる。

【0056】

個別電極３４３は、各圧力室３１に対応して個別に設けられている。個別電極３４３の厚さは、０．０５μｍ以上１μｍ以下とされてよい。個別電極３４３の構成材料は、例えば、Ｐｔなどの金属材料が挙げられる。

【0057】

次に、本実施形態の液体吐出ヘッド１の振動板３３の実施態様について詳細に説明する。

【0058】

液体吐出ヘッド１は、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性を低減にするためには、シリコン層３３２の厚みが複数の圧力室３１に対して均一であることが好ましい。ここで、液体の吐出ばらつきとは、複数の圧電素子３４に一定の電圧の値を印加する場合において、シリコン層３３２の厚みが複数の圧力室３１に対して不均一であることに起因する複数のノズル２１から吐出される液体の吐出速度のばらつきまたは液体の吐出量のばらつきである。また、吐出電圧のばらつきとは、複数のノズル２１から一定の吐出速度で液体を吐出するように、各圧電素子３４に印加する電圧の値を調整した場合において、シリコン層３３２の厚みが複数の圧力室３１に対して不均一であることに起因する電圧の値のばらつきである。

【0059】

シリコン層３３２の厚みを複数の圧力室３１それぞれに対して均一にすることは、製造上困難である。このため、従来の液体吐出ヘッドでは、複数の圧力室に対してシリコン層の厚みが不均一であることに起因して、複数のノズルから吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じていた。ここで、シリコン層の厚みが不均一とは、例えば、複数の圧力室に対してシリコン層の厚みが最大となる部分とシリコン層の厚みが最小となる部分の差が、０．０１μｍ以上であることをいう。

【0060】

本発明者にて詳細な検討を行ったところ、シリコン層３３２の厚みが厚すぎる場合と、シリコン層３３２の厚みが薄すぎる場合とで、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性が大きくなることが判った。

【0061】

そこで、本発明者は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１を用いて評価実験を実施した。評価実験の内容は以下の通りである。

【0062】

まず、様々なシリコン層３３２の厚みに対して、液体吐出ヘッド１が、吐出速度８ｍ／ｓで液体を吐出するために圧電素子３４に印加する必要のある電圧の値をシミュレーションにより算出した。また、算出した値を基に、様々なシリコン層３３２の厚みに対して、電圧の傾きを計算した。電圧の傾きは、シリコン層３３２の厚みの変化による電圧のばらつきを示す。以下、シリコン層３３２の厚みの変化による電圧のばらつきを「電圧ばらつき」と称して説明する。この電圧ばらつきが大きい液体吐出ヘッド１では、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性が大きくなる。

【0063】

評価の条件として、図５～図７において、共通電極３４１の厚みを０．１μｍ、圧電体３４２の厚みを１μｍ、個別電極３４３の厚みを０．１μｍ、圧力室３１の長手方向の長さ３１Ｘを５００μｍ、圧力室３１の短手方向の長さ３１Ｙを７０μｍ、圧力室３１の深さ方向の長さ３１Ｚを７０μｍとした。また、液体の粘度は、４．５ｍＰａ・ｓとした。印加する電圧のパルス幅は、液体吐出ヘッド１の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｌｅｎｇｔｈ）とした。

【0064】

なお、液体を吐出する方法としては、いわゆる引き打ち方法を用いている。つまり、あらかじめ個別電極３４３を共通電極３４１より高い電位にしておき、吐出するタイミングで個別電極３４３を共通電極３４１と一旦同じ低い電位とし、ＡＬの時間後、再び高い電位とすることで液体を吐出している。この際、高い電位と低い電位の差が圧電素子３４に印加する必要のある電圧の値である。

【0065】

評価実験結果を図８～図１３に示す。図８は、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．１μｍの場合における、評価実験結果を示している。図９は、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．２μｍの場合における、評価実験結果を示している。図１０は、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．３μｍの場合における、評価実験結果を示している。図１１は、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．４μｍの場合における、評価実験結果を示している。図１２は、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．５μｍの場合における、評価実験結果を示している。図１３は、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．６μｍの場合における、評価実験結果を示している。

【0066】

評価実験結果において、電圧ばらつきが５Ｖ／μｍ未満で液体の吐出ばらつきの評価または吐出電圧のばらつきの評価を〇とし、５Ｖ／μｍ以上で液体の吐出ばらつきの評価または吐出電圧のばらつきの評価を×とした。図８～図１３においては、液体の吐出ばらつきの評価または吐出電圧のばらつきの評価を、単に「評価」と記載している。電圧ばらつきが５Ｖ／μｍ以上では、電圧ばらつきが大きく、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性が大きくなるためである。

【0067】

なお、図１２および図１３に示すように、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．５μｍの場合および０．６μｍの場合において、シリコン層３３２の厚みが０．５μｍの際に、電圧ばらつきがそれぞれ４．３９Ｖ／μｍおよび２．９７Ｖ／μｍとなっており、５Ｖ／μｍ以下となっている。しかしながら、シリコン層３３２の厚みは、１．０μｍ以下であり、比較的薄い。また、一方で、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．５μｍ以上であり、比較的厚い。このため、第１シリコン酸化層３３１および第２シリコン酸化層３３３を安定的な成膜とするのが容易ではない。このため、製造上、第１シリコン酸化層３３１および第２シリコン酸化層３３３の厚みにばらつきが生じる可能性がある。このため、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．５μｍまたは０．６μｍであり、シリコン層３３２の厚みが０．５μｍである液体吐出ヘッド１では、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性が大きい。そのため、電圧ばらつきが５Ｖ／μｍ未満であっても、液体の吐出ばらつきの評価または吐出電圧のばらつきの評価を×としている。

【0068】

図８～図１３から分かるように、電圧ばらつきは、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍから０．５μｍにかけて急激に大きくなる。さらに、電圧ばらつきは、シリコン層３３２の厚みが１．９μｍから３μｍにかけても急激に大きくなる。

【0069】

例えば、図９に示すように、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．２μｍの場合において、電圧ばらつきは、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍから１．９μｍにかけて、３．７４Ｖ／μｍから３．０９Ｖ／μｍと大きくは変化していない。一方で、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍから０．５μｍにかけて、電圧ばらつきは３．７４Ｖ／μｍから８．８５Ｖ／μｍと急激に大きくなる。さらに、シリコン層３３２の厚みが１．９μｍから３μｍにかけて、電圧ばらつきは３．０９Ｖ／μｍから１２．４７Ｖ／μｍと急激に大きくなる。

【0070】

第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．１μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍの場合もこれと同様である。

【0071】

また、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍ～１．９μｍである振動板３３では、ばらつき評価は〇になっている。すなわち、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍ～１．９μｍである液体吐出ヘッド１では、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性を低減することができる。また、上記の評価条件以外の条件においても、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍ～１．９μｍである液体吐出ヘッド１では、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性を低減することができる。

【0072】

以上より、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１では、振動板３３のシリコン層３３２の厚みは、１．１μｍ～１．９μｍである。

【0073】

ここで、シリコン層３３２の厚みとは、各圧力室３１に対応する部分のみのシリコン層３３２の平均厚みである。また、平均厚みは、圧力室３１に対応する部分のみのシリコン層３３２の厚みを少なくとも３点以上の複数点で測定し、これらの測定値を算術平均した値である。なお、３点以上の複数点とは、圧力室３１に対応する部分のみのシリコン層３３２の任意の３点の測定値の算術平均であってもよいし、５点の測定値の算術平均であってもよい。すなわち、１０点以上の多数の測定を求める概念ではない。また、第１シリコン酸化層３３１の厚み、第２シリコン酸化層３３３、振動板３３、および、圧電素子３４の厚みの考え方も、上記で説明したシリコン層３３２の厚みの考え方と同様である。

【0074】

ここで、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍ～１．９μｍとは、少数点第２位の値を四捨五入した際に１．１μｍ～１．９μｍになるものを含む。例えば、シリコン層３３２の厚みが１．０９μｍであった場合、少数点第２位の値を四捨五入すれば１．１μｍとなるため、１．１μｍ～１．９μｍの範囲に含まれることとなる。また、例えば、シリコン層３３２の厚みが１．９２μｍであった場合、少数点第２位の値を四捨五入すれば１．９μｍとなるため、１．１μｍ～１．９μｍの範囲に含まれることとなる。

【0075】

また、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍのそれぞれの場合において、シリコン層３３２の厚みが、１．３μｍ～１．５５μｍのとき、電圧ばらつきが３Ｖ／μｍ未満となる。このため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１では、シリコン層３３２の厚みが、１．３μｍ～１．５５μｍであることがより好ましい。

【0076】

本発明者は、さらに、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１において、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきに加えて、振動板３３の変位量についても詳細に検討を行った。上記では、液体吐出ヘッド１が、吐出速度８ｍ／ｓで液体を吐出するために圧電素子３４に印加する必要のある電圧の値をシミュレーションにより算出した。本発明者は、この電圧の値を圧電素子３４に印加した際の振動板３３の変位量をシミュレーションにより同時に算出した。なお、ここでは、シリコン層３３２の厚みが、１．４５μｍである場合における振動板３３の変位量を算出した。ここで、変位量とは、電圧を圧電素子３４に印加した際の振動板３３の最大変位量のことである。

【0077】

評価の条件は、図８～図１３におけるシミュレーションの評価の条件と同様である。

【0078】

算出した振動板３３の変位量を図１４に示す。図１４では、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、および、０．６μｍである振動板３３における電圧および変位量を示している。図１４においては、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計を単に「厚みの合計」と記載している。

【0079】

振動板３３の変位量が大きいほど、ノズル２１から吐出される液体の吐出量が大きい。第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．３μｍ以下では、振動板３３の変位量は、２８０ｎｍ以上となっており、比較的変位量が大きい。

【0080】

このため、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．３μｍ以下である振動板３３を有する液体吐出ヘッド１では、ノズル２１から吐出される液体の吐出量が大きい。また、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．３μｍ以下で、かつ、シリコン層３３２の厚みが、１．３μｍ～１．８μｍのとき、電圧ばらつきが３Ｖ／μｍ未満となる。

【0081】

そのため、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．３μｍ以下であり、かつ、シリコン層３３２の厚みが１．３μｍ～１．８μｍである振動板３３を有する液体吐出ヘッド１では、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出量が大きく、かつ、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性を低減することができる。このため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１では、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計は、０．３μｍ以下であり、かつ、シリコン層３３２の厚みは、１．３μｍ～１．８μｍであることが好ましい。さらに、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．１μｍより小さい振動板３３では、圧力室３１内の液体からの耐食性、または、電気的クロストークの低減のような効果が得られにくい。そのため、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計は、０．１μｍ以上が好ましい。

【0082】

一方で、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．３μｍより大きい振動板３３では、変位量が、０．３μｍ以下の振動板３３と比べて小さい。これは、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．３μｍより大きい振動板３３では、剛性が大きいことを意味する。このため、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．３μｍより大きい振動板３３は、変位による劣化が生じる可能性を低減することができる。また、振動板３３の第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．３μｍより大きく、かつ、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍ～１．５５μｍのとき、電圧ばらつきが３Ｖ／μｍ未満となる。

【0083】

そのため、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計は０．３μｍより大きく、かつ、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍ～１．５５μｍである振動板３３を有する液体吐出ヘッド１では、振動板３３の劣化が生じる可能性を低減することができ、かつ、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性を低減することができる。このため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１では、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計は、０．３μｍより大きく、シリコン層３３２の厚みは、１．１μｍ～１．５５μｍであることが好ましい。

【0084】

さらに、振動板３３の第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．５μｍ以上で、かつ、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍ～１．３５μｍのとき、電圧ばらつきが２Ｖ／μｍ未満となる。

【0085】

このため、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．５μｍ以上で、かつ、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍ～１．３５μｍである振動板３３を有する液体吐出ヘッド１では、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性をより低減することができる。そのため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１では、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が０．５μｍ以上で、かつ、シリコン層３３２の厚みが１．１μｍ～１．３５μｍであることがより好ましい。

【0086】

さらに、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が、１．０μｍより大きい振動板３３では、液体を吐出できるような変位量が得られにくいため、第１シリコン酸化層３３１の厚みおよび第２シリコン酸化層３３３の厚みの合計が、１．０μｍ以下であることが好ましい。

【0087】

なお、図８～図１３に示した電圧ばらつきの評価は、圧力室３１の短手方向の長さ３１Ｙが７０μｍのときの評価であり、複数のノズル２１の解像度が３００ｄｐｉであることを想定している。複数のノズル２１の解像度が１２００ｄｐｉより大きい場合は、圧力室３１の短手方向の長さ３１Ｙが小さくなるため、振動板３３が液体を吐出できるような変位量が得られにくい。そのため、複数のノズル２１の解像度は１２００ｄｐｉ以下が好ましい。また、複数のノズル２１の解像度が１５０ｄｐｉより小さい場合は、解像度が小さく、良質な画質が得られにくい。そのため、複数のノズル２１の解像度は１５０ｄｐｉ以上が好ましい。

【0088】

また、液体吐出ヘッド１において、シリコン層３３２の厚みが最大となる部分とシリコン層３３２の厚みが最小となる部分の差が０．０１μｍ以上である振動板３３では、複数の圧力室３１に対してシリコン層３３２の厚みが不均一となるため、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性が大きくなる。そのため、シリコン層３３２の厚みは、１．１μｍ～１．９μｍであることがより好ましい。

【0089】

本実施形態に係る圧電素子３４の厚みは１．２μｍである。本実施形態に係る振動板３３の厚みは１．６５μｍである。すなわち、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１では、圧電素子３４の厚みが振動板３３の厚みより薄い。これにより、圧電素子３４の厚みが厚いことによる、振動板３３の変位量が低下する可能性を低減することができる。

【0090】

図１５を参照して本実施形態に係る圧力室３１および圧力室３１周辺の構成について詳細に説明する。図１５は、図６に示す領域ＩＶを拡大した図である。

【0091】

第１シリコン酸化層３３１は、圧力室３１に対応する部分において、中央部３３１１と、中央部３３１１の両側に端部３３１２を有している。第１シリコン酸化層３３１において、中央部３３１１が端部３３１２よりも変位量が大きいため、中央部３３１１の劣化が生じる可能性が大きい。このため、本実施形態に係る第１シリコン酸化層３３１では、中央部３３１１の厚みが、端部３３１２の厚みよりも厚くなるように構成されている。これにより、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１では、中央部３３１１の剛性を大きくすることができ、中央部３３１１、ひいては振動板３３が劣化する可能性を低減することができる。

【0092】

また、断面視して、中央部３３１１は凸曲面を有している。中央部３３１１が凸曲面を有しているので、凸曲面により応力を緩和することが可能となり、振動板３３が劣化する可能性をさらに低減することができる。

【0093】

振動板３３の変位により、圧力室３１内の液体が加圧され、圧力室３１に繋がるノズル２１から液体が吐出される。断面視して、本実施形態に係る圧力室３１は、高さ方向に、つまり、Ｚ軸方向に、一対の第１端部３１１および第２端部を有している。第１端部３１１は、振動板３３に接しており、第２端部３１２は、ノズル２１に接している。第１端部３１１の幅Ｗ１は、第２端部３１２の幅Ｗ２よりも大きい。第１端部３１１の幅Ｗ１が大きいため、振動板３３の変位量を大きくすることができる。また、第２端部３１２の幅Ｗ２が小さいため、圧力室３１と当該圧力室３１と隣り合う圧力室３１の間の部分の強度を大きくすることができる。そのため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、振動板３３の変位を、効率的に圧力波を液滴の吐出に利用することができる。

【0094】

また、圧力室３１は、第１端部に向かって徐々に幅が大きくなる部分を含む。このため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、振動板３３の変位を、第１端部３１１に向かって段差的に幅が大きくなる場合と比べて、効率的に圧力波を液滴の吐出に利用することができる。

【0095】

さらに、断面視して、本実施形態に係るノズル２１は、高さ方向、つまり、Ｚ軸方向に、一対の第３端部２１１および第４端部２１２を有している。第３端部２１１は、圧力室３１に接しており、第４端部２１２は、圧力室３１から離れている。第３端部２１１の幅は、第４端部２１２の幅より大きい。このため、液体吐出ヘッド１は、振動板３３の変位により、ノズル２１に圧力が伝わりやすい。そのため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、振動板３３の変位を、効率的に圧力波を液滴の吐出に利用することができる。

【0096】

図１６を参照して本実施形態に係る圧力室３１および圧力室３１周辺の構成について詳細に説明する。図１６は、図７に示す領域Ｖを拡大した図である。

【0097】

上述したように、第２シリコン酸化層３３３は、複数の圧電素子３４からシリコン層３３２への電流のリークを低減することができる。本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、第２シリコン酸化層３３３の共通電極３４１下に位置する部分３３３１の厚みが、第２シリコン酸化層３３３の共通電極３４１下に位置していない部分３３３２の厚みより厚い部分を含んでいる。このため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１では、複数の圧電素子３４からシリコン層３３２への電流のリークを低減することができる。すなわち、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、電気的クロストークをより低減することができる。

【0098】

第２シリコン酸化層３３３の共通電極３４１下に位置する部分３３３１の厚みは、第２シリコン酸化層３３３の共通電極３４１下に位置していない部分３３３２の厚みに比べて１．０５倍以上が好ましい。

【0099】

圧力室３１上に位置する振動板３３において変位量が大きいため、振動板３３の劣化が生じる可能性が大きい。本実施形態に係る第２シリコン酸化層３３３の共通電極３４１下に位置する部分３３３１は、平面視したとき、圧力室３１を覆うようにシリコン層３３２上に位置する。このため、第２シリコン酸化層３３３の共通電極３４１下に位置する部分３３３１の厚みが厚いため、圧力室３１上の振動板３３の剛性を大きくすることができ、ひいては振動板３３が劣化する可能性を低減することができる。

【0100】

図１７を参照して本実施形態に係るヘッドモジュール１００の構成例について説明する。図１７は、ヘッドモジュール１００の構成例を示すブロック図である。

【0101】

ヘッドモジュール１００は、５つの液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、および、格納部５０を備えている。各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅの格納部５０は、複数の圧電素子３４に共通に印加される電圧の値が格納されている。電圧の値は、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅにおいて、複数の圧電素子３４に共通である。このため、制御部１０９から送られてきたデータに基づいて、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅが有する複数の圧電素子３４には、共通の電圧の値が印加される。また、本実施形態に係る格納部５０は、複数の圧電素子３４に共通に印加される電圧の値およびバルス幅が格納されており、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅが有する複数の圧電素子３４に、共通のパルス状の電圧波形を送ることが可能である。

【0102】

本実施形態に係る格納部５０は、ヘッドモジュール１００に対して１つ有しているが、複数有していてもよい。また、格納部５０は、５つの液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅのそれぞれに対して１つずつ有していてもよい。格納部５０は、例えば、駆動ＩＣのようなＩＣに備えられている。

【0103】

格納部５０は、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅに対して、１つの電圧の値を格納していてもよいし、複数の電圧の値を格納していてもよい。格納部５０が、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅに対して、複数の電圧の値を格納している場合、例えば、吐出される液体の吐出量の調整が可能である。格納部５０が、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅに対して複数の電圧の値を格納している場合、少なくとも１つの電圧の値が、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅにおける複数の圧電素子３４に共通であればよい。

【0104】

ヘッドモジュール１００において、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅが有する複数の圧電素子３４は、共通した電圧の値が印加されることになる。このため、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅにおいて、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきが生じる可能性をより低減する必要がある。そのため、ヘッドモジュール１００において、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅのシリコン層３３２の厚みが、１．１μｍ～１．９μｍであることがより好ましい。

【0105】

さらに、格納部５０に格納されている電圧の値は、複数の液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅの間で、異なる値である。本実施形態に係るヘッドモジュール１００では、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ間で吐出される液体の吐出速度が同じになるように、格納部５０に格納されている電圧の値が調整されている。また、ヘッドモジュール１００は、例えば、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ間で印字濃度が同じになるように、格納部５０に格納されている電圧の値が調整されていてもよい。このため、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ間において、電圧のばらつきが生じる可能性をより低減する必要がある。そのため、ヘッドモジュール１００は、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅにおけるシリコン層３３２の厚みが、１．１μｍ～１．９μｍであることがより好ましい。

【0106】

また、シリコン層３３２の厚みの平均値は、複数の液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅの間で、０．０１μｍ以上異なる。このようなヘッドモジュール１００では、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ間において、シリコン層３３２の厚みが不均一であるため、複数のノズル２１から吐出される液体の吐出ばらつきまたは吐出電圧のばらつきが生じる可能性を低減する必要がある。そのため、ヘッドモジュール１００は、各液体吐出ヘッド１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅのシリコン層３３２の厚みが、１．１μｍ～１．９μｍであることがより好ましい。

【0107】

最後に、液体吐出ヘッド１の製造方法について説明する。

【0108】

まず、ノズル部材２、アクチュエータ部材３、支持部材４、および、液体供給部材５をそれぞれ準備する。そして、アクチュエータ部材３上に、支持部材４を接合し、アクチュエータ部材３の下にノズル部材２を接合する。そして、支持部材４に液体供給部材５を接合する。接合する順番については、限定されない。なお、ノズル部材２とアクチュエータ部材３との接合、および、アクチュエータ部材３と支持部材４との接合として、常温接合、金属接合などが挙げられる。また、支持部材４と液体供給部材５との接合として、接着剤を用いて接合する方法が挙げられる。

【0109】

アクチュエータ部材３の製造方法について説明する。

【0110】

アクチュエータ部材３は、ＳＯＩウェハに、成膜およびエッチングしていくことにより、製造することができる。ＳＯＩウェハとは、シリコン層、シリコン層上に位置するシリコン酸化層、シリコン酸化膜上に位置するシリコン層で形成された基板である。ここで、ＳＯＩウェハの下側に位置するシリコン層は、シリコン基板３０に相当する。ＳＯＩウェハのシリコン酸化層は、振動板３３の第１シリコン酸化層３３１に相当する。ＳＯＩウェハの上側に位置するシリコン層は、振動板３３のシリコン層３３２に相当する。このため、シリコン層３３２は、ＳＯＩウェハのシリコン層と同じく、シリコンの純度が９９％以上である。シリコン層３３２は、ＳＯＩウェハのシリコン層と同じく、単結晶シリコンから構成される。

【0111】

シリコン層３３２は、単結晶シリコンから構成されるため、ヤング率が１５０ＧＰa以上２００ＧＰa以下である。ヤング率は、例えば、ナノインデンテーション法によって測定できる。ヤング率が２００ＧＰaより大きいシリコン層に比べて、ヤング率が２００ＧＰa以下のシリコン層は、小さいエネルギーで変位する。本実施形態に係る振動板３３におけるシリコン層のヤング率は、２００ＧＰa以下である。このため、本実施形態に係る振動板３３は、ヤング率が２００ＧＰaより大きいシリコン層を有する振動板よりも、小さいエネルギーで変位する。このため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１では、振動板３３を変位させるために必要な、圧電素子に印可する電圧を低減することができる。

【0112】

振動板３３は、例えば、プラズマＣＶＤ法または熱酸化によって、ＳＯＩウェハの上側に位置するシリコン層の表面に、振動板３３の第２シリコン酸化層３３３に相当するシリコン酸化層を成膜することにより形成される。その結果、例えば、図６、図７に示されるように、振動板３３は、第１シリコン酸化層３３１、シリコン層３３２、および第２シリコン酸化層３３３の３層構成となる。つまり、振動板３３は、単層の第１シリコン酸化層３３１、単層のシリコン層３３２、および、単層の第２シリコン酸化層３３３から構成される。

【0113】

本実施形態に係る振動板３３は、第１シリコン酸化層３３１の厚みが０．１μｍ、シリコン層３３２の厚みが１．４５μｍ、第２シリコン酸化層３３３の厚みが０．１μｍとなるように形成されている。

【0114】

本実施形態に係るシリコン層３３２は、ＳＯＩウェハのシリコン層に相当する。このため、シリコン層３３２は、ＳＯＩウェハのシリコン層と同じく、単結晶シリコンから構成される。単結晶シリコンは、原子が規則正しく配列された結晶構造を有する。このため、単結晶シリコン表面に成膜されたシリコン酸化層は、安定した結晶構造となりやすい。つまり、本実施形態に係る第２シリコン酸化層３３３は、単結晶シリコンから構成されるシリコン層３３２上に成膜されるため、安定した結晶構造となる。安定した結晶構造とは、具体的には、強度、靭性、絶縁性、または、耐湿性などに優れた結晶構造である。なお、シリコン層３３２は単結晶シリコンに限らず、多結晶シリコンであってもよい。

【0115】

共通電極３４１は、例えば、Ｐｔをスパッタリングで成膜した後に、エッチングをして不要な部分を除去することにより、振動板３３上に形成される。

【0116】

圧電体３４２は、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３をスパッタリングによって成膜した後に、エッチングをして不要な部分を除去することにより共通電極３４１上に形成される。

【0117】

個別電極３４３は、例えば、Ｐｔをスパッタリングで成膜した後に、エッチングをして不要な部分を除去することにより圧電体３４２上に形成される。

【0118】

圧力室３１および第１アパチャ３２は、例えば、ＳＯＩウェハの下側に位置するシリコン層をエッチングすることにより形成される。この際、ＳＯＩウェハのシリコン酸化層が、エッチングストップ層となる。

【0119】

以上のようにしてアクチュエータ部材３が製造される。

【符号の説明】

【0120】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 液体吐出ヘッド
２１ ノズル
３１ 圧力室
３１１ 第１端部
３１２ 第２端部
３３ 振動板
３３１ 第１シリコン酸化層
３３２ シリコン層
３３３ 第２シリコン酸化層
３４ 圧電素子
３４１ 共通電極
１０ プリンタ（記録装置）
５０ 格納部
１００ ヘッドモジュール
１０９ 制御部

【要約】

液体吐出ヘッド（１）は、複数の圧力室（３１）と、複数の圧力室（３１）のそれぞれに繋がる複数のノズル（２１）と、複数の圧力室（３１）上に位置する振動板（３３）と、複数の圧力室（３１）に対応する振動板（３３）上に位置する複数の圧電素子（３４）と、を備え、振動板（３３）は、第１シリコン酸化層（３３１）と、第１シリコン酸化層（３３１）上に位置し、厚みが１．１μｍ～１．９μｍである単層のシリコン層（３３２）と、単層のシリコン層（３３２）上に位置する第２シリコン酸化層（３３３）と、を有する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】