JP2012218186A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電素子の破壊を抑制すると共に、圧電素子の変位特性に優れた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 第２電極８０に接続され圧力発生室１２に相対向する領域外に形成される配線層９５が設けられ、第２電極８０上の圧電体能動部３２０の４つの角部３２１に対向する領域には、圧電体能動部３２０の第１方向端部を中心として第１方向両側に延設される第１部分１２１と、第１部分１２１に連続し且つ圧電体能動部３２０の第１方向端部に沿って第２方向に延設される第２部分１２２とから構成されるＴ型金属層１２０を有し、Ｔ型金属層１２０と配線層９５とが配線層接続部１２３を介して接続されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせ、圧電体層と圧電体層に電圧を印加する電極を有する圧電素子を具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

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として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。

このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、圧電素子の振動板側の第１電極を圧力発生室毎に切り分けて個別電極とし、第２電極を複数の圧力発生室に亘って連続させることで共通電極としたものが提案されている。このような構成のインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子の実質的な駆動部である圧電体能動部は、第１電極と第２電極によって規定されている。しかしながら、圧電体能動部の端部にひずみが集中してしまい、圧電素子が破壊されてしまうことが問題となっていた。そこで、圧電体能動部の端部のひずみを低減するために、圧電体能動部の端部に複数の圧電素子に亘って連続する帯状の金属層を設けたものが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２０８０７１号公報（図２等）

特許文献１では、複数の圧電素子に亘って連続する帯状の金属層を設けることにより、ひずみを低減させることができるが、かかる金属層が圧電素子の変位を阻害してしまうという問題があった。

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、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の破壊を抑制すると共に、圧電素子の変位特性に優れた液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

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圧力発生室が第１方向に並設される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、前記圧電素子は、前記圧電素子毎に独立する第１電極、前記第１電極上方に設けられる圧電体層、及び該圧電体層上方に複数の圧電素子に亘って連続して設けられてこれら複数の圧電素子に共通する第２電極を備え、前記第１電極及び第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部が各圧力発生室に相対向する領域に設けられており、前記第２電極に接続され前記圧力発生室に相対向する領域外に形成される配線層が設けられ、前記第２電極上の前記圧電体能動部の４つの角部に対向する領域には、前記圧電体能動部の第１方向端部を中心として前記第１方向両側に延設される第１部分と、該第１部分に連続し且つ前記圧電体能動部の前記第１方向端部に沿って第２方向に延設される第２部分とから構成されるＴ型金属層を有し、前記Ｔ型金属層と前記配線層とが配線層接続部を介して接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、第２電極上の圧電体能動部の角部近傍にＴ型金属層を設けることにより、圧電素子の変位量を確保しつつ、圧電体能動部の端部のひずみを低減することができる。これにより、圧電素子の破壊を抑制すると共に、圧電素子の変位特性に優れた液体噴射ヘッドとすることができる。また、Ｔ型金属層と配線層とが接続されていることにより、エレキクロストークの発生が抑制される。

ここで、前記第１部分の第１方向の長さは、前記第１電極の第１方向の長さの３５％以上４５％以下であるのが好ましい。これによれば、より確実に、圧電素子の変位量を確保しつつ圧電体能動部の端部のひずみを低減することができる。

また、前記第１部分の第２方向の幅は、前記圧電体能動部の第２方向の長さの０．３％以上０．４％以下であるのが好ましい。これによれば、より確実に、圧電素子の変位量を確保しつつ圧電体能動部の端部のひずみを低減することができる。

前記第２部分の第２方向の長さは、前記圧電体能動部の第２方向の長さの２．５％以上３．５％以下であるのが好ましい。これによれば、より確実に、圧電素子の変位量を確保しつつ圧電体能動部の端部のひずみを低減することができる。

前記第２部分の第１方向の幅は、前記第１電極の第１方向の長さの１０％以上２０％以下であるのが好ましい。これによれば、より確実に、圧電素子の変位量を確保しつつ圧電体能動部の端部のひずみを低減することができる。

前記圧力発生室に対応する領域における前記配線層接続部の幅は、前記圧電体能動部の第２方向の長さの０．３％以下であるのが好ましい。これによれば、より確実に、圧電素子の変位量を確保しつつ圧電体能動部の端部のひずみを低減することができる。

前記圧力発生室に対応する領域では、前記第１方向において隣り合う前記第１部分がＴ型金属層接続部を介して接続されるのが好ましい。これによれば、より確実に、エレキクロストークの発生を抑制することができる。

また、少なくとも前記Ｔ型金属層及び前記配線層接続部は、前記第１電極に接続するリード電極と同一材料からなるのが好ましい。これによれば、リード電極と、Ｔ型金属層と、を同一工程で形成することができるため、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。

本発明の他の態様は、上記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。
かかる態様では、圧電素子の破壊を抑制すると共に、圧電素子の変位特性に優れた液体噴射ヘッドを備えることにより、信頼性に優れ、液体の噴射特性を向上した液体噴射装置を実現できる。

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。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの一部平面模式図である。 試験例１の結果を示す図である。 試験例２の結果を示す図である。 本発明に係る記録装置の概略構成を示す斜視図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（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分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′線断面図である。

図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には、振動板を構成する二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。

流路形成基板１０には、一方の面とは反対側の面となる他方面側から異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２が形成されている。そして、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１方向と称し、これと直交する方向を第２方向と称する。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の第２方向の一端部側には、インク供給路１３と連通路１４とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１４の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１５が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１５、インク供給路１３及び連通路１４からなる液体流路が設けられている。

インク供給路１３は、圧力発生室１２の第２方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１３は、マニホールド１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１３を形成したが、流路の幅を両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。さらに、各連通路１４は、インク供給路１３の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１３の幅方向（第１方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１４を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。

すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、インク供給路１３と、連通路１４とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の一方面は、振動板を構成する弾性膜５０によって画成されている。

一方、流路形成基板１０の圧力発生室１２等の液体流路が開口する一方面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１３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、接着剤や熱用着フィルム等を介して接合されている。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、ステンレス鋼等からなる。

一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例
えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等からなる絶縁体膜５５が積層形成されている。

また、絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、第１電極６０の上方に設けられて厚さが３μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜である圧電体層７０と、圧電体層７０の上方に設けられた第２電極８０とが、積層形成されて、圧電素子３００を構成している。なお、ここで言う上方とは、直上だけでなく、間に他の部材が介在した状態も含むものである。ここで、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。

圧電素子３００は、一般的には、何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極をそれぞれ独立する個別電極とする。本実施形態では、圧電素子３００の実質的な駆動部となる各圧電体能動部３２０の個別電極として第１電極６０を設け、複数の圧電体能動部３２０に共通する共通電極として第２電極８０を設けるようにした。ここで、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０といい、圧電体能動部３２０から連続するが第１電極６０と第２電極８０に挟まれておらず、電圧駆動されない部分を圧電体非能動部という。

なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５、及び第１電極６０が圧電素子３００と共に変形する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。

ここで、本実施形態では、圧電素子３００は、第１方向と比較して第２方向が長い矩形状となっている。そして、第２電極８０の第２方向端部を圧力発生室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圧電体能動部３２０の第２方向の端部（圧電体能動部３２０の長さ）を規定している。また、第１電極６０（及び圧電体層７０）の第１方向端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電体能動部３２０の第１方向の端部（圧電体能動部３２０の幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部３２０は、パターニングされた第１電極６０及び第２電極８０の端部によって規定されており、圧力発生室１２に相対向する領域に設けられている。より具体的には、図２に示すように、圧力発生室１２の長手方向（第２方向）において、圧電体能動部３２０のインク供給路１３側の端部は、第２電極８０の第２方向の端部によって規定されており、圧電体層７０及び第１電極６０は、この端部の外側まで延設されている。また、圧力発生室１２の長手方向（第２方向）において、圧電体能動部３２０のインク供給路１３とは反対側（ノズル開口２１側）の端部も同様に、第２電極８０の第２方向の端部によって規定されており、この端部の外側まで第１電極６０及び圧電体層７０は延設されている。そして、第１電極６０は、各圧力発生室１２に対向する部分が圧力発生室１２の幅（第２方向の長さ）よりも狭い幅で形成されており、第１電極６０の第１方向の端部が、圧電体能動部３２０の第１方向の端部を規定している。

図２に示すように、第１電極６０の第１方向端部は、圧力発生室１２に対向する領域内に設けられている。すなわち、第１電極６０の第１方向の幅は、圧力発生室１２の第１方向の幅よりも狭くなるように形成されている。そして、各第１電極６０は、第２方向一端部、具体的には、圧力発生室１２のインク供給路１３とは反対側であって圧力発生室１２よりも外側の領域において、個別リード電極９０がそれぞれ接続されている。各圧電素子３００には、この個別リード電極９０を介して、詳しくは後述する駆動回路２００がボンディングワイヤー等の接続配線を介して接続されている。また、第１電極６０は、第２方向他端部側（インク供給路１３側）は、圧力発生室１２の長手方向一端部よりも外側まで延設されている。

圧電体層７０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域に亘って連続的に設けられており、圧力発生室を区画する隔壁１１に対向する領域に開口部３０１が存在する。開口部３０１は、第２電極８０及び圧電体層７０を完全に除去することによって形成されており、絶縁体膜５５が露出している。この開口部３０１は、図２（ａ）に示すように、第２の方向の長さが、圧電体能動部３２０の長手方向（第２の方向）の長さよりも短く、且つ、第１の方向の幅が、隔壁１１の第１方向の幅よりも広くなるように設けられている。これにより、圧電体層７０の大半は、圧力発生室１２の幅方向（第１の方向）において各圧力発生室１２に相対向する領域内に形成されている。なお、本実施形態では、開口部３０１は、第２電極８０及び圧電体層７０を完全に除去することによって形成されているが、圧電体層７０の厚さ方向の一部を残すようにしてもよいし、圧電体層７０と共に絶縁体膜５５の上部の一部を除去するように形成してもよい。

また、圧電体層７０には、図２（ｂ）に示すように、インク供給路１３とは反対側において、第１電極６０の一部が露出するような貫通孔７１が形成されている。かかる貫通孔７１に後述するリード電極９０を形成することにより、第１電極６０とリード電極９０が接続される。

第２電極８０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域と、隔壁１１に対向する領域とに亘って圧電体層７０上に連続的に形成されており、その一部に開口部３０１及び開口部８１が存在する。第２電極８０は、圧力発生室１２に対向する領域内では、第１方向の両端部のそれぞれ一部が開口部３０１で規定されている。これにより、図２（ａ）に示すように、第２電極８０の大半は、圧力発生室１２の幅方向（第１方向）において各圧力発生室１２に対向する領域内に形成されている。また、第２電極８０の開口部８１は、圧力発生室１２の第２方向一端部側（インク供給路１３側）に設けられている。これにより、圧電体能動部３２０の第２方向一端部側が規定されている。本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、第２電極８０の第２方向端部によって圧電体能動部３２０の長手方向（第２方向）端部が規定されている。

本実施形態では、第２電極８０は、開口部８１が一部に存在するが、圧力発生室１２の第２方向一端部側（インク供給路１３側）において、複数の圧電素子３００に亘って連続するように形成されている。このように、第２電極８０が、圧力発生室１２の外側の領域において十分に面積を確保していることにより、抵抗値を実質的に低下させることができ、電圧降下等の発生を抑制して圧電素子３００を良好に駆動させることができる。

また、圧電素子３００上の圧力発生室１２に相対向する領域外に配線層９５が設けられており、第２電極８０に接続されている。かかる配線層９５は、例えば、圧力発生室１２に相対向する領域外の第２電極８０上に設けられている。本実施形態では、配線層９５は、圧力発生室１２の第２方向インク供給路１３と反対側では、第２電極８０上の圧力発生室１２の第１方向外側に設けられており、圧力発生室１２の第２方向インク供給路１３側は、第２電極８０上の開口部８１の第１方向両側及び開口部８１の第２方向片側（インク供給路１３側）に設けられている。このような構成では、配線層９５によって圧電素子３００の共通電極である第２電極８０の抵抗値が実質的に低下するため、多数の圧電素子３００を同時に駆動しても電圧降下の発生を防止することができる。本実施形態にかかる配線層９５は、本実施形態では、リード電極９０と同一材料からなるが、リード電極９０と不連続となっている。

また、圧電素子３００上の圧力発生室１２に相対向する領域外に配線層９５が設けられており、第２電極８０に接続されている。かかる配線層９５は、例えば、圧力発生室１２に相対向する領域外の第２電極８０上に設けられている。本実施形態では、配線層９５は、圧力発生室１２の第２方向におけるインク供給路１３と反対側では、第２電極８０上の圧力発生室１２の第１方向外側に設けられており、圧力発生室１２の第２方向におけるインク供給路１３側では、第２電極８０上の開口部８１の第１方向両側及び開口部８１の第２方向片側（インク供給路１３側）に設けられている。このような構成では、配線層９５によって圧電素子３００の共通電極である第２電極８０の抵抗値が実質的に低下するため、多数の圧電素子３００を同時に駆動しても電圧降下の発生を防止することができる。本実施形態にかかる配線層９５は、本実施形態では、リード電極９０と同一材料からなるが、リード電極９０と不連続となっている。

そして、図２に示すように、第２電極８０上の圧電体能動部３２０の角部３２１に対向する領域には、Ｔ型金属層１２０が設けられている。かかるＴ型金属層１２０は、第１部分１２１と、第１部分１２１に連続する第２部分１２２とから構成される。１つの圧電体能動部３２０には４つの角部３２１が存在するが、各角部３２１それぞれに、第１部分１２１及び第２部分１２２からなるＴ型金属層１２０が設けられている。なお、ここでいう角部３２１は、圧電体能動部３２０の第１方向の辺と第２方向の辺との交点を指す。そして、Ｔ型金属層１２０と配線層９５とが配線層接続部１２３により接続されている。また、圧力発生室１２に対応する領域では、第１方向において隣り合う第１部分１２１がＴ型金属層接続部１２４により接続される。

ここで、図３を用いて、第２電極８０上に設けられる金属層についてより詳細に説明する。図３は、インクジェット式記録ヘッドの第２電極８０上の一部平面模式図である。

上述した通り、第２電極８０の圧電体能動部３２０の角部３２１に対向する領域には、第１部分１２１と、第２部分１２２とから構成されるＴ型金属層１２０が設けられている。

第１部分１２１は、第２電極８０上の圧電体能動部３２０の角部３２１を中心として第１方向両側（圧電素子３００の並設方向）に延設されるものである。具体的には、第１部分１２１は、圧電体能動部３２０の第１方向端部を中心として第１方向両側に延設されるものである。具体的には、角部３２１から第１方向に沿って圧電体能動部３２０の外側に向かって延びる第１部分１２１Ａと、角部３２１から第１方向に沿って圧電体能動部内側に向かって延びる第２部分１２１Ｂとからなり、第１部分１２１Ａと第２部分１２１Ｂの第１方向の長さは同一となっている。

第２部分１２２は、第１部分１２１の圧電体能動部３２０内側に連続するように設けられており、圧電体能動部３２０の第１方向端部に沿って第２方向に延設されている。そして、第２部分１２２は、圧電体能動部３２０の第１方向端部を中心軸として対称となるように設ける。すなわち、第２部分１２２は、圧電体能動部３２０と圧電体非能動部の境界部分を覆うように設ける。

言い換えれば、図３に示すように、Ｔ型金属層１２０は、第２電極８０上の圧電体能動部３２０の角部３２１に対応するように設けられており、平面視がいわゆるＴ字状となっている。このＴ型金属層１２０において、角部３２１から第１方向に延びる部分を第１部分１２１とし、角部３２１から第２方向に延びる部分であって第１部分１２１を除いた部分を第２部分１２２としている。

本実施形態では、第２電極８０上に上述したＴ型金属層１２０を備えることにより、圧電体能動部３２０の角部３２１を押さえて、圧電体能動部３２０端部のひずみを低減させることができる。圧電体能動部３２０では、長手方向端部及び短手方向端部いずれにもひずみが集中するが、長手方向端部と短手方向端部の交点となる角部３２１は、特にひずみが集中してしまう。本実施形態では、この圧電体能動部３２０の角部３２１のひずみの集中を抑制することにより、ひずみの集中に起因する圧電素子３００の破壊を抑制することができる。

より詳細には、まず、第１部分１２１が圧電体能動部３２０の第２方向端部を覆うように且つ圧電体能動部３２０の第１方向端部を中心として第１方向に同一長さとなるように延設されていることにより、角部３２１の第１方向のひずみを第１方向両側に分散させてひずみの集中を緩和することができる。また、第２部分１２２が圧電体能動部３２０の角部３２１にかかる第２方向のひずみを押さえることにより、第２方向のひずみを圧電体能動部３２０側へ分散させてひずみの集中を緩和することができる。したがって、ひずみの集中に起因する圧電素子３００の破壊を抑制することができる。

また、従来のように、複数の圧電素子に亘って金属層を形成した場合、かかる金属層が圧電素子の変位を阻害してしまうため圧電素子の変位量を低下させてしまっていたが、本実施形態では、圧電素子３００の変位を阻害するのを抑制しつつ、圧電体能動部３２０端部のひずみを低減させることができる。本実施形態によれば、例えば、Ｔ型金属層１２０を設けていない場合と同程度の圧電素子３００の変位プロファイルとすることができる。したがって、圧力発生室１２のインク滴の排除体積の低下を抑制することができ、インク滴量の減少等の吐出特性の低下を抑制することができる。

また、Ｔ型金属層１２０は、配線層接続部１２３により配線層９５と接続している。この配線層接続部１２３の第２方向の長さ（幅）は、圧力発生室１２に対応する領域では幅狭となるように形成される。本実施形態では、配線層接続部１２３は、第１部分１２１よりも幅狭とし、Ｔ型金属層１２０の第１部分１２１から第１方向に沿って延設して配線層９５に連続するように設けた。これにより、圧電素子３００の変位特性を維持しつつ、電気的なクロストーク（エレキクロストーク）が発生するのを抑制することができる。具体的には、Ｔ型金属層１２０（第１部分１２１及び第２部分１２２）は、材料によっては抵抗値が高くなる虞があるが、配線層接続部１２３により配線層９５と接続することにより、変位特性が低下するのを抑制しつつ、各Ｔ型金属層１２０間に電位差が生じるのを抑制することができる。これにより、各圧電素子３００間の電位差により生じるクロストーク、いわゆる、エレキクロストークを抑制することができる。

また、圧力発生室１２に対応する領域では、第１方向において隣り合う第１部分１２１がＴ型金属層接続部１２４により接続されている。このＴ型金属層接続部１２４の幅は、できる限り幅狭となるように形成するのが好ましい。本実施形態では、配線層接続部１２３とＴ型金属層接続部１２４との第２方向の長さ（幅）よりも幅狭となるようにした。これにより、各Ｔ型金属層接続部１２４（の第１部分１２１）間と配線層９５とが接続されて、より確実にエレキクロストークを抑制することができる。

本実施形態では、特にひずみの集中が問題となる圧電体能動部３２０の角部３２１をＴ型金属層１２０で覆うことにより圧電体能動部３２０端部のひずみを低減させて圧電素子３００の破壊を抑制し、また、角部３２１以外の領域の金属層（配線層接続部１２３及びＴ型金属層接続部１２４）を幅狭とすることにより、圧電素子３００の変位を阻害するのを抑制することができる。本実施形態のように、Ｔ字状のＴ型金属層１２０を形成することにより、従来よりも第２電極８０上に形成する金属層の総面積を著しく小さくしても、ひずみの集中を抑制することができる。また、配線層接続部１２３及びＴ型金属層接続部１２４により、各圧電素子３００間の電位差が生じるのを抑制し、エレキクロストークの発生を抑制することができる。

なお、第１部分１２１を圧電体能動部３２０の第１方向端部（角部３２１）から第１方向片側のみに延設すると、反対側にひずみが集中してしまう。また、第２部分１２２を設けない場合は、第２方向のひずみを抑制することができず、ひずみが集中してしまう。また、配線層接続部１２３を設けない場合は、エレキクロストークの問題が生じる虞がある。

ここで、第１金属１２１、第２部分１２２、配線層接続部１２３、及びＴ型金属層接続部１２４の大きさについて説明する。

第１部分１２１は、隣り合う角部３２１に形成される第１部分１２１が密着しないように設けられていればよいが、例えば、第１部分１２１の第１方向の長さＬ_１は、第１電極６０の第１方向の長さＬ_Ｅ１の３５％以上４５％以下であるのが好ましい。より確実に、圧電素子３００の変位量を確保しつつ圧電体能動部３２０端部のひずみを低減することができるためである。なお、３５％未満となると、圧電体能動部３２０端部のひずみを十分に低減させることができなくなる虞があり、４５％より大きくなると、圧電素子３００の変位特性を低下させてしまう虞がある。

また、第１部分１２１の第２方向の幅Ｗ_１は、圧電体能動部３２０の第２方向の長さ、すなわち、本実施形態の場合は第２電極８０の第２方向の長さＬ_Ｅ２の０．３％以上０．４％以下であるのが好ましい。より確実に、圧電素子３００の変位量を確保しつつ圧電体能動部３２０端部のひずみを低減することができるためである。なお、０．３％未満となると、圧電体能動部３２０端部のひずみを十分に低減させることができなくなる虞があり、０．４％より大きくなると、圧電素子３００の変位特性を低下させてしまう虞がある。

第２部分１２２の第２方向の長さＬ_２は、圧電体能動部３２０の第２方向の長さ、すなわち、本実施形態の場合は第２電極８０の第２方向の長さＬ_Ｅ２の２．５％以上３．５％以下であるのが好ましい。より確実に、圧電素子３００の変位量を確保しつつ圧電体能動部３２０端部のひずみを低減することができるためである。

第２部分１２２の第１方向の幅Ｗ_２は、第１電極６０の第１方向の長さＬ_Ｅ１の１０％以上２０％以下であるのが好ましい。より確実に、圧電素子３００の変位量を確保しつつ圧電体能動部３２０端部のひずみを低減することができるためである。なお、０．１未満となると、圧電体能動部３２０端部のひずみを十分に低減させることができなくなる虞があり、０．２より大きくなると、圧電素子３００の変位特性を低下させてしまう虞がある。

圧力発生室１２に対応する領域における配線層接続部１２３の幅Ｗ_３（第２方向の長さ）は、Ｔ型金属層１２０と配線層９５とを電気的に接続させることができる幅であればよいが、例えば、圧電体能動部３２０の第２方向の長さの０．３％以下であるのが好ましい。これによれば、より確実に、圧電素子３００の変位量の低下を抑制することができる。なお、圧力発生室１２に対応する領域以外の配線層接続部１２３の幅（第２方向の長さ）は、幅広であってもよい。

また、Ｔ型金属層接続部１２４の幅（第２方向の長さ）Ｗ_４は、圧力発生室１２において隣り合う第１部分１２１を電気的に接続させることができる幅であればよいが、第１部分１２１よりも幅狭となるようにするのが好ましい。Ｔ型金属層接続部１２４の幅は、例えば、圧電体能動部３２０の第２方向の長さの０．３％以下であるのが好ましい。これによれば、より確実に、圧電素子３００の変位量の低下を抑制することができる。

Ｔ型金属層１２０（第１部分１２１及び第２部分１２２）、配線層接続部１２３、及びＴ型金属層接続部１２４の厚さは特に限定されないが、例えば、リード電極９０と同程度の厚さとすることができ、１．３μｍ程度である。なお、第１部分１２１、第２部分１２２、配線層接続部１２３及びＴ型金属層接続部１２４の厚さは異なっていてもよいが、同程度である方が好ましい。

本実施形態では、第１部分１２１、第２部分１２２、配線層接続部１２３、及びＴ型金属層接続部１２４は、圧電素子３００に接続するリード電極９０と同一材料からなるが、リード電極９０とは不連続のものとした。

このようなＴ型金属層１２０（第１部分１２１及び第２部分１２２）、配線層接続部１２３、及びＴ型金属層接続部１２４の材料や形成方法は、特に限定されないが、本実施形態では、リード電極９０と同一材料からなるため、リード電極９０と第１部分１２１及び第２部分１２２とを同一工程で形成することができる。例えば、第２電極８０上の全面に金属膜を形成した後、金属膜をパターニングしてリード電極９０を形成する際、この金属膜を角部３２１に、リード電極９０とは電気的に絶縁させて残すようにすればよい。これにより、製造コストを低減させることができる。

ここで、本実施形態では、第２電極８０は、隔壁１１上から圧力発生室１２の長手方向他端部外側まで延設され、圧力発生室１２の長手方向（第２方向）他端部の外側の領域においても圧力発生室１２の幅方向（第１方向）に沿って連続的に形成されている。このような構成では、圧電素子３００の共通電極である第２電極８０の面積を比較的広く確保することができるため、電圧降下等の発生を抑制して圧電素子３００を良好に駆動させることができる。

また、上述したように、各圧電素子３００の個別電極である第１電極６０には、導電層８２を介して、リード電極９０がそれぞれ接続されている。リード電極９０の材料は、特に限定されず、導電性を有した層からなるものであればよく、例えば、金（Ａｕ）、ニッケル−クロム合金（Ｎｉ−Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が挙げられ、本実施形態では、金（Ａｕ）からなるものとした。また、本実施形態では、導電層８２は、第２電極８０と同一の材料からなるが第２電極８０とは不連続のものとした。かかる導電層８２は、第２電極８０をパターニングする工程において、貫通孔７１の上方の第２電極８０を構成する導電層を除去しないことで、導電層８２を形成することができる。

本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、電気抵抗の低い導電層８２で引き回すために、圧電体能動部３２０の外側の圧電体層７０にコンタクトホールとなる貫通孔７１を設け、この貫通孔７１を介して露出された第１電極６０並びに貫通孔７１の内面及び開口周縁部を覆うように第１電極６０と接続する、第２電極８０と同一層であるが第２電極８０とは電気的に不連続である導電層８２を設け、この導電層８２に接続するように個別リード電極９０を設けている。ここで、貫通孔７１は、第１電極６０の並設方向の幅よりも小さく開口されたものである。これにより、リード電極９０と第１電極６０との接続が第２電極８０に近い位置であるが、ショートなどの問題が解消される。

図１に戻り、このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、絶縁体膜５５、及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部３２を有する保護基板３０が接着剤を介して接合されている。このマニホールド部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１５と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。

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。

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。

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２００が固定されている。この駆動回路２００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２００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を介して電気的に接続されている。

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（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２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４３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４１のみで封止されている。

以下、本発明のインクジェット式記録ヘッドについて、下記試験例等に基づいてさらに詳細に説明する。

（実施例）
実施形態１と同一の構成からなるインクジェット式記録ヘッドとした。なお、第１電極６０は、厚さ１５０ｎｍの白金からなるものとし、圧電体層７０は、厚さ１．３μｍのチタン酸ジルコン酸鉛からなるものとし、第２電極８０は、厚さ５５ｎｍのイリジウムからなるものとし、Ｔ型金属層１２０は、厚さ１．３μｍの金（Ａｕ）からなるものとした。また、第１電極６０の第１方向長さは３０．６３μｍ、圧力発生室１２に対向する領域における第２電極８０の第２方向端部の長さは７００μｍとし、各Ｔ型金属層１２０の第１部分１２１の長さＬ_１は２０．５μｍ、第１部分１２１の幅Ｗ_１は２．５０μｍ、第２部分１２２の長さＬ_２は２０．５μｍ、第２部分１２２の幅Ｗ_２は４．３８μｍとし、配線層接続部１２３の幅は２．００μｍ、Ｔ型金属層接続部１２４の幅は２．００μｍとした。

（比較例）
金属層の構成が異なる以外は、実施形態１と同一の構成からなるインクジェット式記録ヘッドとした。比較例１の金属層は、第２方向の長さが１５．３μｍであり、圧電素子３００の並設方向に亘って設けられるものとした。

（参考例）
金属層を形成しなかった以外は、実施形態１と同一の構成からなるインクジェット式記録ヘッドとした。

（試験例１）
実施例、比較例、及び参考例の各圧電素子について、有限要素法による３次元コンピューターシミュレーションにより、せん断ひずみを求めた。なお、ここでいう「せん断ひずみ」とは、圧電体層７０で最も歪んだ箇所のせん断ひずみを指す。そして、参考例１のせん断ひずみを基準（１００％）として、実施例及び比較例のせん断ひずみ率を求めた。結果を図４に示す。

図４に示すように、実施例の圧電素子では、比較例の圧電素子よりもさらにせん断ひずみを抑制することができ、参考例の値の３４％となることがわかった。

（試験例２）
実施例、比較例、及び参考例の各インクジェット式記録ヘッドについて、有限要素法による３次元コンピューターシミュレーションにより、到達たわみを求めた。なお、ここでいう「到達たわみ」とは、圧電素子３００で最もたわむ圧力発生室１２中心のたわみ量を−１００％としたときの圧電素子３００の長手方向のたわみ量を指す。結果を図５に示す。

図５に示すように、比較例のインクジェット式記録ヘッドは、金属層を設けていない参考例のインクジェット式記録ヘッドと比較して、圧力発生室１２の長手方向（第２方向）の到達たわみが大幅に抑制されており、圧力発生室１２の変位量が小さくなっていることが確認された。すなわち、圧力発生室１２の排除体積が抑えられていることが確認された。

これに対し、実施例のインクジェット式記録ヘッドの到達たわみは、金属層を設けていない参考例のインクジェット式記録ヘッドの到達たわみと比較して、遜色ないことがわかった。すなわち、実施例のインクジェット式記録ヘッドは、圧電素子３００の変位特性を阻害することなく、圧電素子３００の優れた圧電特性を維持することができることが確認された。

以上より、第２電極８０上に、圧電体能動部３２０の角部３２１を中心として第１方向に延設される第１部分１２１と、第１部分１２１に連続し且つ圧電体能動部３２０の第１方向端部に沿って延設される第２部分１２２と、配線層接続部１２３及びＴ型金属層接続部１２４が設けられているインクジェット式記録ヘッドは、圧電素子の変位量を確保しつつ、圧電体能動部端部３２０のひずみを低減することができることが確認された。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、実施形態１では、圧力発生室１２の長手方向（第１方向）のインク供給路１３側端部では、第１電極６０が第２電極８０よりも圧力発生室１２の外側となるようにしたが、第２電極８０が第１電極６０よりも圧力発生室１２の外側となるようにしてもよい。この場合は、圧電体能動部３２０の第２方向の一端部が第２電極８０により規定され、他端部が第１電極６０により規定されることになる。

また、本実施形態では、圧電素子３００に開口部３０１を設けるようにしたが、これに限定されず、開口部３０１は設けなくてもよい。例えば、圧電体層７０及び第２電極８０は、圧電素子３００の並設方向に亘って形成するようにしてもよく、圧電体層７０を圧力発生室１２に対向する領域に設け且つ第２電極８０を圧電素子３００の並設方向に亘って形成するようにしてもよい。

実施形態１では、第２電極８０に開口部８１を形成するようにしたが、開口部８１を形成しなくてもよい。この場合は、例えば、圧電体能動部３２０の圧力発生室１２の第１方向インク供給路１３側の端部は、第１電極６０により規定するようにすればよい。

Ｔ型金属層１２０、配線層接続部１２３、及びＴ型金属層接続部１２４は、圧電素子３００に接続するリード電極９０と同一材料からなるものとしたが、リード電極９０とは異なる材料であってもよい。この場合のＴ型金属層１２０、配線層接続部１２３、及びＴ型金属層接続部１２４のそれぞれの材料は特に限定されないが、第２電極８０と密着性に優れるものが好ましい。

また、Ｔ型金属層１２０、配線層接続部１２３、及びＴ型金属層接続部１２４の厚さは、リード電極９０の厚さと同一となるようにしたが、これに限定されず、例えば、リード電極９０よりも薄く形成してもよい。

実施形態１では、配線層９５を第２電極８０上に形成するようにしたが、これに限定されるものではない。

配線層接続部１２３は、Ｔ型金属層１２０と配線層９５とを接続できるものであればよい。例えば、実施形態１では、配線層接続部１２３は、Ｔ型金属層１２０の第１部分１２１から第１方向に沿うように設けたが、第１方向に沿っていなくてもよい。また、配線層接続部１２３は、Ｔ型金属層１２０の第２部分１２２と配線層９５とを接続するように設けていてもよい。

また、実施形態１では、配線層接続部１２３は同一幅としたが、圧力発生室１２に対応する領域で幅狭となるように形成されていればよく、例えば、圧力発生室１２に対応する領域外では幅広となるように形成されていてもよい。

また、実施形態１では、圧力発生室１２に対応する領域における配線層接続部１２３を第１部分１２１よりも幅狭で形成して圧電素子３００の変位量が低下するのを抑制したが、第１部分１２１と同一の幅とし、第１部分１２１よりも膜厚を薄くすることにより、圧電素子３００の変位量が低下するのを抑制するようにしてもよい。

また、実施形態１では、Ｔ型金属層接続部１２４を設けるようにしたが、Ｔ型金属層接続部１２４を設けなくてもよい。

実施形態１では、リード電極９０は、導電層９１を介して貫通孔７１内の第１電極６０に接続するようにしたが、導電層９１は設けずに、リード電極９０と第１電極６０が直接接続するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、結晶面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。

また、これら実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

図６に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂ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に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

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、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂ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、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

上述したインクジェット式記録装置は、圧電素子３００の破壊を抑制すると共に、圧電素子３００の変位特性に優れたインクジェット式記録ヘッドを備えることにより、信頼性に優れ、液体の噴射特性を向上したものとなる。

なお、上記実施の形態においては、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挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド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。

Ｉ 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、 １２ 圧力発生室、 １３ インク供給路、 １４ インク連通路、 １５ 連通部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 ９５ 配線層、 １００ マニホールド、 １２１ 第１部分、 １２２ 第２部分、 １２３ 配線層接続部、 １２４ Ｔ型金属層接続部、 ２００ 駆動回路、 ３００ 圧電素子、 ３２０ 圧電体能動部、 ３２１ 角部

Claims (9)

1. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が第１方向に並設される流路形成基板と、
   該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられ前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、
   前記圧電素子は、前記圧電素子毎に独立する第１電極、前記第１電極上方に設けられる圧電体層、及び該圧電体層上方に複数の圧電素子に亘って連続して設けられてこれら複数の圧電素子に共通する第２電極を備え、前記第１電極及び第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部が各圧力発生室に相対向する領域に設けられており、
   前記第２電極に接続され前記圧力発生室に相対向する領域外に形成される配線層が設けられ、
   前記第２電極上の前記圧電体能動部の４つの角部に対向する領域には、前記圧電体能動部の第１方向端部を中心として前記第１方向両側に延設される第１部分と、該第１部分に連続し且つ前記圧電体能動部の前記第１方向端部に沿って第２方向に延設される第２部分とから構成されるＴ型金属層を有し、前記Ｔ型金属層と前記配線層とが配線層接続部を介して接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記第１部分の第１方向の長さは、前記第１電極の第１方向の長さの３５％以上４５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記第１部分の第２方向の幅は、前記圧電体能動部の第２方向の長さの０．３％以上０．４％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記第２部分の第２方向の長さは、前記圧電体能動部の第２方向の長さの２．５％以上３．５％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記第２部分の第１方向の幅は、前記第１電極の第１方向の長さの１０％以上２０％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記圧力発生室に対応する領域における前記配線層接続部の幅は、前記圧電体能動部の第２方向の長さの０．３％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記圧力発生室に対応する領域では、前記第１方向において隣り合う前記第１部分がＴ型金属層接続部を介して接続されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 少なくとも前記Ｔ型金属層及び前記配線層接続部は、前記第１電極に接続するリード電極と同一材料からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
9. 請求項１〜８のいず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。

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