JP5447786B2 - Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and actuator device - Google Patents
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Description
本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head, a liquid ejecting apparatus, and an actuator device.
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、電気機械変換機能を呈する圧電材料からなる圧電体層を2つの電極で挟んだ構成されたものがある。なお、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド等がある。 A piezoelectric element used for a liquid ejecting head or the like is configured by sandwiching a piezoelectric layer made of a piezoelectric material exhibiting an electromechanical conversion function between two electrodes. As a typical example of the liquid ejecting head, for example, a part of the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening for ejecting ink droplets is configured by a diaphragm, and the diaphragm is deformed by a piezoelectric element to There are ink jet recording heads that pressurize ink and eject ink droplets from nozzle openings.
インクジェット式記録ヘッドに搭載される圧電素子としては、例えば、振動板の表面全体に亘って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィー法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある(例えば、特許文献1参照)。 As a piezoelectric element mounted on an ink jet recording head, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the vibration plate by a film forming technique, and this piezoelectric material layer corresponds to a pressure generation chamber by a lithography method. There is one in which a piezoelectric element is formed so as to be separated into shapes and independent for each pressure generation chamber (see, for example, Patent Document 1).
また、圧電素子に対向する振動板の一部に凹部を設けて振動板の変形量及び耐久性の向上を図った圧電素子がある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, there is a piezoelectric element in which a concave portion is provided in a part of the diaphragm facing the piezoelectric element to improve the deformation amount and durability of the diaphragm (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、圧電素子の駆動時には、圧電素子の幅方向の両端部付近には応力が集中し、圧電素子を構成する電極や振動板にクラック等が生じて破壊され、耐久性が低下してしまうという問題がある。 However, when the piezoelectric element is driven, stress concentrates near both ends in the width direction of the piezoelectric element, and the electrode and the diaphragm constituting the piezoelectric element are broken due to cracks and the durability is lowered. There's a problem.
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに限定されず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置においても同様に存在する。 Such a problem is not limited to a liquid jet head typified by an ink jet recording head, and similarly exists in an actuator device mounted in another device.
本発明はこのような事情に鑑み、耐久性を向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid ejecting head, a liquid ejecting apparatus, and an actuator device with improved durability.
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、前記流路形成基板の上方に第1電極、圧電体層及び第2電極からなる圧電素子とを具備し、前記圧電体層は、前記第1電極及び前記第2電極に挟まれた複数の能動部を有し、前記第1電極は、複数の前記能動部に亘って形成されると共に、前記第1電極の前記能動部に相対向する第1領域の端部に、当該第1領域の端部以外の領域の厚さ及び前記第1電極の前記能動部の間の第2領域の厚さよりも厚い厚膜部が設けられ、前記厚膜部は、前記第1電極の前記圧電体層側に設けられて該圧電体層側に突出していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。 An aspect of the present invention that solves the above problems includes a flow path forming substrate in which a plurality of pressure generating chambers communicating with a nozzle opening for ejecting a liquid are arranged in parallel, a first electrode, and a piezoelectric body above the flow path forming substrate. A piezoelectric element comprising a layer and a second electrode, wherein the piezoelectric layer has a plurality of active portions sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the first electrode includes a plurality of the first electrodes A thickness of a region other than the end of the first region and the thickness of the first electrode are formed at the end of the first region opposite to the active portion of the first electrode. A thick film portion thicker than the thickness of the second region between the active portions is provided, and the thick film portion is provided on the piezoelectric layer side of the first electrode and protrudes to the piezoelectric layer side. The liquid jet head is characterized by the following.
かかる態様では、応力が集中する第1領域の端部に厚膜部が設けられるので第1電極の剛性が高まり、駆動耐久性を向上させることができる。すなわち、圧電素子の駆動を繰り返しても圧電素子を構成する第1電極が破壊される虞がなくなる。 In this aspect, since the thick film portion is provided at the end portion of the first region where the stress is concentrated, the rigidity of the first electrode is increased and the driving durability can be improved. That is, there is no possibility that the first electrode constituting the piezoelectric element is broken even if the driving of the piezoelectric element is repeated.
ここで、前記圧電体層は、前記圧力発生室毎に個別に形成され、前記圧力発生室の並設方向における前記能動部の幅が、前記並設方向における前記圧電体層の幅と略同一であり、前記厚膜部は、前記並設方向における前記第1領域の端部に形成されていることが好ましい。これによれば、圧電素子の幅方向の両端部付近に集中する応力を確実に防止することができる。 Here, the piezoelectric layer is individually formed for each pressure generating chamber, and the width of the active part in the juxtaposed direction of the pressure generating chamber is substantially the same as the width of the piezoelectric layer in the juxtaposed direction. The thick film portion is preferably formed at an end portion of the first region in the juxtaposed direction. According to this, it is possible to reliably prevent stress concentrated in the vicinity of both end portions in the width direction of the piezoelectric element.
また、前記圧電体層は、前記並設方向における前記能動部の幅よりも広い幅を有して前記圧力発生室毎に個別に形成され、前記厚膜部は、前記並設方向において前記第1領域の端部から前記圧電体層の端部に延設されていることが好ましい。これによれば、第1電極の圧電体層の端部に対向する領域は、当該領域に掛かる応力に対する剛性が高まり、駆動耐久性をさらに向上することができる。 Further, the piezoelectric layer has a width wider than the width of the active part in the juxtaposed direction and is individually formed for each pressure generating chamber, and the thick film part is formed in the juxtaposed direction in the juxtaposed direction. It is preferable to extend from the end of one region to the end of the piezoelectric layer. According to this, in the region facing the end portion of the piezoelectric layer of the first electrode, the rigidity against the stress applied to the region is increased, and the driving durability can be further improved.
また、前記第1電極は、前記圧電体層側の全面に連続して形成されて酸化イリジウムからなる酸化イリジウム層を有することが好ましい。これによれば、酸化イリジウム層により第1電極の剛性をより高めることができ、より確実に第1電極の破壊を防止することができる。 The first electrode preferably has an iridium oxide layer formed continuously from the iridium oxide on the entire surface of the piezoelectric layer side. According to this, the rigidity of the first electrode can be further increased by the iridium oxide layer, and destruction of the first electrode can be prevented more reliably.
また本発明の他の態様は、上記態様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にある。かかる態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。 According to another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to the above aspect. In this aspect, a liquid ejecting apparatus with improved durability and reliability can be realized.
また、本発明の他の態様は、第1電極、圧電体層及び第2電極からなる圧電素子を具備し、前記圧電体層は、前記第1電極及び前記第2電極に挟まれた複数の能動部を有し、前記第1電極は、複数の前記能動部に亘って形成されると共に、前記第1電極の前記能動部に対応する第1領域の端部に、当該第1領域の端部以外の領域の厚さ及び前記第1電極の前記能動部の間の第2領域の厚さよりも厚い厚膜部が設けられ、前記厚膜部は、前記第1電極の前記圧電体層側に設けられて該圧電体層側に突出していることを特徴とするアクチュエーター装置にある。 According to another aspect of the present invention, a piezoelectric element including a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode is provided, and the piezoelectric layer includes a plurality of sandwiched between the first electrode and the second electrode. An active portion, and the first electrode is formed across the plurality of active portions, and an end of the first region is formed at an end of the first region corresponding to the active portion of the first electrode. A thick film portion thicker than the thickness of the region other than the portion and the thickness of the second region between the active portions of the first electrode is provided, and the thick film portion is provided on the piezoelectric layer side of the first electrode. It is provided in the actuator device characterized by projecting to the piezoelectric layer side .
かかる態様では、応力が集中する第1領域の端部に厚膜部が設けられるので第1電極の剛性が高まり、駆動耐久性を向上させることができる。 In this aspect, since the thick film portion is provided at the end portion of the first region where the stress is concentrated, the rigidity of the first electrode is increased and the driving durability can be improved.
〈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の概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、流路形成基板の平面図及びそのA−A′断面図であり、図3は、図2(a)のB−B’断面図である。
<
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid jet head according to
図1に示すように、流路形成基板10は、本実施形態ではシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化膜からなる弾性膜50が形成されている。
As shown in FIG. 1, the flow
流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向(並設方向)に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14及び連通路15を介して連通されている。連通部13は、後述する保護基板のリザーバー部32と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100の一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路14を形成したが、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。
In the flow
また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、例えばガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
Further, on the opening surface side of the flow
一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、第1電極60と圧電体層70と第2電極80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成し、複数の圧電素子300が当該圧電素子300の幅方向に複数並設されている。
On the other hand, the
ここで、図2及び図3に示すように、圧電素子300は、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を含む部分をいう。また、第1電極60は、複数の圧電素子300に亘り連続して形成され、複数の圧電素子300の共通電極となっており、第2電極80及び圧電体層70は、圧力発生室12毎にパターニングされて形成されている。このように圧電体層70の第1電極60と第2電極80とに挟まれた部分を能動部320という。能動部320は、第1電極60及び第2電極80への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分であり、この圧電歪みにより第1電極60、絶縁体膜55、及び弾性膜50(振動板)が圧電素子300の幅方向に撓む。また、圧電体層70の圧力発生室12の並設方向の端面は、ほぼ垂直に形成されており、並設方向における圧電体層70の幅と、能動部320の幅とは略同一となっている。
Here, as shown in FIGS. 2 and 3, the
圧電体層70は、第1電極60上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなる。圧電体層70は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。
The
本実施形態では、第1電極60の圧力発生室12の長手方向の端部を圧力発生室12に相対向する領域内に設けることで、圧電素子300の実質的な駆動部となる能動部320の長手方向の端部(長さ)を規定している。また、第2電極80の圧力発生室12の短手方向の端部を圧力発生室12に相対向する領域内に設けることで、能動部320の短手方向の端部(幅)を規定している。すなわち、能動部320は、パターニングされた第1電極60及び第2電極80によって、圧力発生室12に相対向する領域にのみ設けられていることになる。
In the present embodiment, by providing the longitudinal end portion of the
ここで、圧電素子300を所定の基板上に設け、当該圧電素子300を駆動させる装置をアクチュエーター装置と称する。本実施形態では、弾性膜50、絶縁体膜55及び第1電極60が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜50及び絶縁体膜55を設けずに、第1電極60のみが振動板として作用するようにしてもよい。
Here, a device for providing the
第1電極60は、絶縁体膜55側に設けられた白金からなる白金層61と、圧電素子300側に設けられた酸化イリジウムからなる酸化イリジウム層62とから構成されている。また、第1領域65は、第1電極60の能動部320に相対向する領域である。すなわち、第1領域65は、第1電極60の能動部320を規定する領域である。また、第2領域67は、複数の能動部320の間における第1電極60の領域である。
The
圧力発生室12の並設方向における第1電極60の第1領域65の両方の端部66には、厚膜部68がそれぞれ設けられている。また、第1電極60の2つの厚膜部68の間には、厚膜部68よりも薄い薄膜部69が設けられている。すなわち、第1領域65は、2つの厚膜部68と薄膜部69とで構成されている。さらに、厚膜部68は、第2領域67の厚さよりも厚くなっている。また、厚膜部68は、第1電極60の酸化イリジウム層62に連続して設けられている。なお、圧電素子300の長手方向における厚膜部68の長さは、第1領域65の長手方向における第1電極60の長さと同じにしてある。
このように、圧力発生室12の並設方向における第1領域65の両方の端部66に、薄膜部69及び第2領域67の厚さよりも厚い厚膜部68を設けることにより、第1領域65の圧電素子300の幅方向の端部66における応力集中に対する第1電極60の剛性が高まり、駆動耐久性を向上させることができる。言い換えれば、圧電素子300の駆動を繰り返しても第1電極60を含む振動板が破壊される虞がなくなる。特に、厚膜部68は、白金層61よりも剛性のある酸化イリジウム層62と連続して設けられているので、厚膜部68の剛性が一層高まり、圧電素子300の駆動耐久性をより向上させることができる。
In this way, by providing the
また、第1領域65の端部66に厚膜部68を形成したので、第1領域65の薄膜部69の厚さは、第1電極60の第1領域65、弾性膜50及び絶縁体膜55の変位を阻害しない程度の厚さに抑えることができる。これにより、圧電素子300の圧電歪みによる第1電極60、弾性膜50及び絶縁体膜55(振動板)の変位量を低下させずに、第1電極の第1領域65の端部66に掛かる応力集中による振動板の破壊を防止することができる。
Further, since the
また、第1電極60は、各能動部320の間に連続して設けられている。すなわち、第1電極60は第1領域65から第2領域67に連続して設けられている。これにより、圧電素子300が第1領域65、弾性膜50及び絶縁体膜55を変形させる外力に対する第1電極60の剛性が向上し、第1電極60の第1領域65から第2領域67にクラックが生じることが防止される。また、本実施形態では、第1電極60は、白金層61よりも剛性のある酸化イリジウム層62を有しているので、前記外力に対する第1電極の剛性を一層高めることができる。
The
このような圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、リザーバー100の少なくとも一部を構成するリザーバー部32を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。このリザーバー部32は、本実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100を構成している。
On the flow
また、保護基板30の圧電素子300に対向する領域には、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部31が設けられている。圧電素子保持部31は、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
A piezoelectric
このような保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
As such a
また、保護基板30には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。そして、各圧電素子300から引き出されたリード電極90の端部近傍は、貫通孔33内に露出するように設けられている。
The
また、保護基板30上には、並設された圧電素子300を駆動するための駆動回路120が固定されている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。
A
また、このような保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってリザーバー部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板42のリザーバー100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバー100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
In addition, a
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッド1では、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路120からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加し、弾性膜50、絶縁体膜55、第1電極60及び圧電体層70をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
In the ink
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図4を参照して説明する。なお、図4は、圧力発生室の並設方向におけるインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 Here, a method of manufacturing the ink jet recording head will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing an ink jet recording head in the direction in which the pressure generating chambers are arranged.
まず、図4(a)に示すように、流路形成基板10が複数一体的に形成されるシリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン(SiO2)からなる二酸化シリコン膜51を形成し、弾性膜50(二酸化シリコン膜51)上に、例えば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成し、絶縁体膜55上に第1電極60を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, silicon dioxide (SiO 2) constituting an
具体的には、白金からなる白金層61を絶縁体膜55上に形成し、白金層61上に酸化イリジウムからなる酸化イリジウム層62を形成することで第1電極60を形成する。白金層61及び酸化イリジウム層62の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法、化学蒸着法(CVD法)、物理蒸着法(PVD法)などが挙げられる。第1電極60を白金層61と白金層61よりも剛性のある酸化イリジウム層62(金属酸化物層)とから構成することで、第1電極の剛性を向上することができる。なお、第1電極60は、上述した構成に限定されず、白金、イリジウム、これらの材料以外の金属又は金属酸化物を用いることができる。本実施形態のように圧電体層70としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましいため、第1電極60の材料としては白金、イリジウムが好適に用いられる。本実施形態では、第1電極60の厚さは、約20nmとした。
Specifically, the
次に、図4(b)に示すように、第1電極60をエッチングして薄膜部69を形成する。具体的には、第1電極60をパターニングして、第1電極60の薄膜部69となる領域を厚さ方向に一部除去する。第1電極60のパターニングは、第1電極60上にフォトリソグラフィー法により所定形状に形成したレジストを介してドライエッチングにより行う。本実施形態では、薄膜部69の厚さは、約10nmとした。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、イリジウムからなる第2電極80とを流路形成基板用ウェハー110の全面に形成する。圧電体層70の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成した。なお、圧電体層70の形成方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、MOD法やスパッタリング法などの薄膜形成方法を利用して圧電体層70を形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 4C, a
次に、図5(d)に示すように、圧電体層70及び第2電極80を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。圧電体層70及び第2電極80のパターニングは、フォトリソグラフィー法により第2電極80上に所定形状に形成したレジストを介してドライエッチングすることにより、一括して行うことができる。このとき、第1電極60の圧電素子300に対向する領域以外の領域の厚さを厚膜部68よりも薄くなるまでドライエッチングすることで第2領域67と厚膜部68とを形成する。また、ドライエッチングの際には、第2領域67に酸化イリジウム層62が残るようにする。本実施形態では、第2領域67の厚さは、約10nmとした。また、このようなドライエッチングにより、薄膜部69の表面からの高さが約10nmの厚膜部68が形成される。なお、厚膜部68の幅は、例えば、0.5〜2μmとし、圧電素子300の幅の約5〜10%程度としてある。
Next, as shown in FIG. 5 (d), the
以後、特に図示しないが、圧電素子300毎にリード電極90を形成し、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハーを接着剤35によって接合する。なお、保護基板30には、リザーバー部32、圧電素子保持部31等が予め形成されている。そして、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚さにする。次に、流路形成基板用ウェハー110にマスク膜を新たに形成し、所定形状にパターニングし、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15等を形成する。
Thereafter, although not particularly illustrated, a
その後は、流路形成基板用ウェハー110の圧力発生室12が開口する面側のマスク膜を除去し、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハーの外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー110の保護基板用ウェハーとは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハーにコンプライアンス基板40を接合し、これら流路形成基板用ウェハー110等を、図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
Thereafter, the mask film on the surface side where the
また、これらのインクジェット式記録ヘッド1は、インクジェット式記録装置に搭載される。図5は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図概略構成を示す斜視図である。 These ink jet recording heads 1 are mounted on an ink jet recording apparatus. FIG. 5 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an example of the ink jet recording apparatus.
図5に示すように、本実施形態の液体噴射装置であるインクジェット式記録装置は、例えば、ブラック(B)、シアン(C)、マゼンダ(M)、イエロー(Y)等の複数の異なる色のインクが貯留される貯留室を有するインクカートリッジ(液体貯留手段)2が装着されたインクジェット式記録ヘッド1(以下、記録ヘッド)を具備する。記録ヘッド1はキャリッジ3に搭載されており、記録ヘッド1が搭載されたキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。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、キャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の記録シート(被噴射媒体)Sがプラテン8上を搬送されるようになっている。
As shown in FIG. 5, the ink jet recording apparatus which is the liquid ejecting apparatus of the present embodiment has a plurality of different colors such as black (B), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y). An ink jet recording head 1 (hereinafter referred to as a recording head) equipped with an ink cartridge (liquid storing means) 2 having a storage chamber for storing ink is provided. The
〈実施形態2〉
実施形態1では、厚膜部68は、圧電体層70の能動部320に対応する第1領域65において、圧力発生室12の並設方向の端部66に形成されていたが、このような態様に限定されない。図6は、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。なお、実施形態1と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
<
In the first embodiment, the
図示するように、圧電素子300は、圧力発生室12の並設方向の幅が、第1電極60から第2電極80に向かい漸減した形状を有している。一方、圧電体層70は、第1電極60と第2電極80とに挟まれた能動部320を有しており、圧電体層70の第1電極60側では、並設方向の幅が能動部320の幅よりも広くなっている。
As shown in the figure, the
厚膜部68Aは、第1電極60の能動部320に対応する第1領域65の並設方向の端部66から、圧電体層70の並設方向の端部71まで延設されている。また、厚膜部68Aの膜厚は、第1電極60の薄膜部69及び第2領域67の厚さよりも厚くなっている。このように、厚膜部68Aが圧電体層70の端部71まで延設されているので、第1電極60の圧電体層70の端部71に対向する領域は、当該領域に掛かる応力に対する剛性が高まり、駆動耐久性をさらに向上することができる。
The
〈他の実施形態〉
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態1及び実施形態2では、厚膜部68は、第1電極60の第1領域65の幅方向の端部に形成されていたが、特にこれに限定されず、長手方向の端部に形成されていてもよい。また、上述した実施形態1及び実施形態2では、第1電極60は、第2領域67と薄膜部69の厚さを同じ厚さとしたが、異なっていてもよい。さらに、上述した実施形態1及び実施形態2では、厚膜部68は、第1領域65の下電極の長さに合わせて形成されていたが、特にこれに限定されず、例えば、厚膜部68の長さは、圧力発生室12の長手方向の長さに合わせて形成してもよい。
<Other embodiments>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, in the first embodiment and the second embodiment described above, the
さらに、上述した実施形態1及び実施形態2では、圧電体層70は圧力発生室12毎に個別にパターニングされて形成されていたが、これに限らず、各圧力発生室12に共通した圧電体層であってもよい。すなわち、各圧電素子は、共通の第1電極と、共通の圧電体層と、個別の第2電極とから形成され、共通の圧電体層は、共通の第1電極と各第2電極とに挟まれた複数の能動部を有する。この場合においても、第1電極の各能動部に対応する第1領域の端部に厚膜部を設けることで、当該第1領域の端部に掛かる応力に対する剛性が高まり、駆動耐久性を向上することができる。
Furthermore, in
また、上述したインクジェット式記録装置では、インクジェット式記録ヘッド1がキャリッジ3に搭載されて主走査方向に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、インクジェット式記録ヘッド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。
In the above-described ink jet recording apparatus, the ink
なお、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッド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、液晶ディスプレー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ディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention is widely applied to all liquid ejecting heads, and the liquid ejecting ejects liquids other than ink. Of course, it can also be applied to the head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に限られず、他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。 The present invention is not limited to a piezoelectric element mounted on a liquid jet head typified by an ink jet recording head, and can also be applied to a piezoelectric element mounted on another apparatus.
1 インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 10 流路形成基板(基板)、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 15 連通路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 32 リザーバー部、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜(シリコン酸化膜)、 55 絶縁体膜、 60 第1電極、 61 白金層、 62 酸化ジルコニウム層、 65 第1領域、 66、71 端部、 67 第2領域、 68、68A 厚膜部、 69 薄膜部、 70 圧電体層、 80 第2電極、 90 リード電極、 100 リザーバー、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記流路形成基板の上方に第1電極、圧電体層及び第2電極からなる圧電素子とを具備し、
前記圧電体層は、前記第1電極及び前記第2電極に挟まれた複数の能動部を有し、
前記第1電極は、複数の前記能動部に亘って形成されると共に、前記第1電極の前記能動部に相対向する第1領域の端部に、当該第1領域の端部以外の領域の厚さ及び前記第1電極の前記能動部の間の第2領域の厚さよりも厚い厚膜部が設けられ、
前記厚膜部は、前記第1電極の前記圧電体層側に設けられて該圧電体層側に突出している
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 A flow path forming substrate in which a plurality of pressure generating chambers communicating with nozzle openings for injecting liquid are arranged in parallel;
A piezoelectric element comprising a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode above the flow path forming substrate;
The piezoelectric layer has a plurality of active portions sandwiched between the first electrode and the second electrode,
The first electrode is formed over a plurality of the active portions, and at an end portion of the first region facing the active portion of the first electrode, a region other than the end portion of the first region. A thick film portion thicker than the thickness and the thickness of the second region between the active portions of the first electrode is provided ;
The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the thick film portion is provided on the piezoelectric layer side of the first electrode and protrudes toward the piezoelectric layer side .
前記圧電体層は、前記圧力発生室毎に個別に形成され、
前記圧力発生室の並設方向における前記能動部の幅が、前記並設方向における前記圧電体層の幅と略同一であり、
前記厚膜部は、前記並設方向における前記第1領域の端部に形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1,
The piezoelectric layer is individually formed for each pressure generation chamber,
The width of the active portion in the juxtaposed direction of the pressure generating chambers is substantially the same as the width of the piezoelectric layer in the juxtaposed direction,
The liquid jet head, wherein the thick film portion is formed at an end portion of the first region in the juxtaposed direction.
前記圧電体層は、前記並設方向における前記能動部の幅よりも広い幅を有して前記圧力発生室毎に個別に形成され、
前記厚膜部は、前記並設方向において前記第1領域の端部から前記圧電体層の端部に延設されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1,
The piezoelectric layer is individually formed for each of the pressure generating chambers having a width wider than the width of the active portion in the juxtaposed direction,
The liquid jet head, wherein the thick film portion extends from an end portion of the first region to an end portion of the piezoelectric layer in the juxtaposed direction.
前記第1電極は、前記圧電体層側の全面に連続して形成されて酸化イリジウムからなる酸化イリジウム層を有する
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 In the liquid jet head according to any one of claims 1 to 3,
The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the first electrode has an iridium oxide layer formed continuously from the iridium oxide on the entire surface on the piezoelectric layer side.
前記圧電体層は、前記第1電極及び前記第2電極に挟まれた複数の能動部を有し、
前記第1電極は、複数の前記能動部に亘って形成されると共に、前記第1電極の前記能動部に対応する第1領域の端部に、当該第1領域の端部以外の領域の厚さ及び前記第1電極の前記能動部の間の第2領域の厚さよりも厚い厚膜部が設けられ、
前記厚膜部は、前記第1電極の前記圧電体層側に設けられて該圧電体層側に突出している
ことを特徴とするアクチュエーター装置。 Comprising a piezoelectric element comprising a first electrode, a piezoelectric layer and a second electrode;
The piezoelectric layer has a plurality of active portions sandwiched between the first electrode and the second electrode,
The first electrode is formed over a plurality of the active portions, and a thickness of a region other than the end portion of the first region is formed at an end portion of the first region corresponding to the active portion of the first electrode. And a thicker film portion thicker than the thickness of the second region between the active portions of the first electrode ,
The actuator device according to claim 1, wherein the thick film portion is provided on the piezoelectric layer side of the first electrode and protrudes to the piezoelectric layer side .
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