JP4645816B2

JP4645816B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

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Publication number: JP4645816B2
Application number: JP2005056685A
Authority: JP
Inventors: 智明高橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2025-03-01
Also published as: JP2006239966A

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させ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。

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には、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。

前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。

このような後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙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法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各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。これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。

しかしながら、このように圧電素子を高密度に配列したインクジェット式記録ヘッドでは、各圧電素子の一方の電極（共通電極）が複数の圧電素子に共通して設けられているため、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変位量が不安定となり、インク吐出特性が低下するという問題がある。なお、薄膜で形成された圧電素子の電極はその膜厚が薄いため抵抗値が比較的高く、このような問題が特に生じやすい。

このような問題を解決するために、例えば、圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に、圧電素子の共通電極と電気的に接続される接続配線層を設け、共通電極の抵抗値を実質的に低下させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

ここで、接続配線層は、共通電極の抵抗を下げるため、比較的導電性の高い材料、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料で形成されている。また、その厚みは振動板の厚みとほぼ同程度、例えば、１〜３μｍ程度に形成される。これに対し、振動板は、比較的導電性の低い材料で形成されていることが多い。例えば、特許文献１には、単結晶シリコン基板である流路形成基板を熱酸化することによって形成された二酸化シリコン（ＳＩＯ_２）からなる弾性膜を含む振動板が開示されている。

また、接続配線層の製造方法としては、スパッタリング法や、蒸着法で成膜した後に、エッチングによりパターニングする方法が一般的である。スパッタリング法や蒸着法で下地との密着力のよい膜を得るためには、接続配線層が形成される流路形成基板（振動板）を１００〜３００℃程度に加熱しながら成膜を行う必要がある。さらに、スパッタリング法では、流路形成基板（振動板）に原子が衝突しながら成膜が進むため、たとえ流路形成基板を加熱しなくても流路形成基板（振動板）の温度は１５０〜３００℃に達してしまう。

このため、接続配線層をスパッタリング法等によって成膜すると、振動板と接続配線層との冷却時の収縮量の違いにより、振動板には残留膜応力が作用してしまうという問題がある。すなわち、振動板に残留膜応力が作用することで、例えば、ヘッド組立時の加圧や、ヘッド使用時のキャッピングなどの外力が加わると、接続配線層の周囲の振動板が比較的簡単に割れてしまうという問題がある。

なお、このような問題は、インクを吐出する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。

特開２００４−１４３１号公報（特許請求の範囲等）

本発明はこのような事情に鑑み、液体吐出特性を良好な状態に安定させることができ且つ振動板の破壊を防止することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成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る下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備すると共に、前記下電極及び前記上電極とは異なる層で構成され、前記圧電素子が形成されている領域及び前記圧力発生室に対応する領域の外側の前記振動板上に設けられて前記下電極と電気的に接続される積層電極を有し、且つ該積層電極と前記振動板との間には、前記積層電極の端部にのみ対応する領域に、線膨張係数が前記振動板よりも大きく前記積層電極よりも小さい材料からなる応力緩和層が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様では、応力緩和層を設けることで、少なくとも積層電極の端部に対応する部分での振動板への応力集中が抑えられ、この応力集中に起因する振動板の破壊が防止される。

また、前記応力緩和層が、前記積層電極の端部に対応する領域のみに設けられていることで積層電極の端部での振動板への応力集中がより効果的に抑えられる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記応力緩和層が、前記積層電極の縁部の外側まで張り出して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、積層電極の端部での振動板への応力集中がより効果的に抑えられる。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記応力緩和層が、セラミックス材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、振動板への応力集中をさらに確実に抑えることができる。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記応力緩和層が、前記圧電素子を構成する前記圧電体層と同一の層からなり、且つ前記圧電素子を構成する前記圧電体層とは分離されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、圧電素子と同一プロセスで、応力緩和層を比較的容易に形成することができると共に、圧電素子の応力伝播を効果的に抑制することができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記応力緩和層の厚さが、前記積層電極の厚さと同一か又はそれよりも厚いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、振動板及び積層電極に生じる応力が、応力緩和層によってさらに確実に緩和される。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなると共に、前記振動板が前記流路形成基板の表面に形成された二酸化シリコンからなる弾性膜を少なくとも含むことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、二酸化シリコンからなる弾性膜には、応力集中による割れが特に発生しやすいが、応力緩和層を設けることで、弾性膜に生じる割れも防止することができる。

本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの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。
かかる第７の態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。

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に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びＡ−Ａ’断面図である。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、図示するように、その一方の面には、二酸化シリコンからなり厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に沿って並設されている。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が形成されている。連通部１３と各圧力発生室１２とは、圧力発生室１２と略同一幅で形成されるインク連通路１４と、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されるインク供給路１５を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部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の一部を構成する。インク供給路１５は、インク連通路１４からを圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。また、圧力発生室１２の列の外側の領域には、圧力発生室１２の長手方向に平行な複数の接着逃げ溝１６が流路形成基板１０を貫通して設けられている。なお、この接着逃げ溝１６は、後述する保護基板を接着剤によって流路形成基板１０に接合する際、余分な接着剤が圧力発生室１２内に流れ込むのを防止する役割を果たしている。

流路形成基板１０の開口面側には、圧力発生室１２を形成する際のエッチングマスクとして用いられたマスク膜５１を介して、各圧力発生室１２のインク供給路１５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を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜２０［×１０^-6／℃］である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等からなる。

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、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、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなり厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、白金（Ｐｔ）及びイリジウム（Ｉｒ）からなり厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、イリジウム（Ｉｒ）からなり厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。なお、弾性膜５０と絶縁体膜５５とを合わせて振動板と称する。

なお、圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。その組成は、圧電素子の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ_３（ＰＺ）、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。

ここで圧電素子３００とは、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、パターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、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という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。また、詳しくは後述するが、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、上電極用引き出し電極９０が接続されており、この上電極用引き出し電極９０を介して、各圧電素子３００に電圧が印加されるようになっている。

以下、圧電素子３００の構造について詳しく説明する。圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０は、本実施形態では、圧力発生室１２の長手方向では圧力発生室１２に対向する領域内に形成され、圧力発生室１２の並設方向では複数の圧力発生室１２に対応する領域に亘って連続的に設けられている。また、下電極膜６０は、圧力発生室１２の並設方向で流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、本実施形態では、並設された複数の圧電素子３００及び上電極用引き出し電極９０の周囲を囲んで連続的に設けられている。一方、圧電素子３００を構成する圧電体層７０及び上電極膜８０は、基本的には圧力発生室１２に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室１２の長手方向では、下電極膜６０の端部よりも外側まで延設されており、下電極膜６０の端面は圧電体層７０によって覆われている。

また、このような圧電素子３００を構成する各層は、無機絶縁材料からなる第１の絶縁膜１００によって覆われており、上電極用引き出し電極９０は、この第１の絶縁膜１００を介して各圧電素子３００の上電極膜８０に接続されている。詳細には、上電極用引き出し電極９０は、本実施形態では、上電極膜８０に接続される第１のリード電極９１と、第１のリード電極９１に接続される第２のリード電極９４とで構成されている。そして、第１のリード電極９１が、この第１の絶縁膜１００上に延設され、その一端部近傍が第１の絶縁膜１００に形成されたコンタクトホール１０１を介して上電極膜８０に接続されている。また、この第１のリード電極９１及び圧電素子３００を構成する各層は、第１の絶縁膜１００と同様の無機絶縁材料で形成される第２の絶縁膜１１０によってさらに覆われている。上電極用引き出し電極９０を構成する第２のリード電極９４は、この第２の絶縁膜１１０上に延設され、その一端部が第２の絶縁膜１１０に形成されたコンタクトホール１１１を介して第１のリード電極９１の他端部に接続されている。そして、第２のリード電極９４の他端部近傍は、後述する保護基板３０上に実装される駆動ＩＣと電気的に接続されるようになっている。

ここで、第１のリード電極９１は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）等で形成される密着層９２と、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等で形成される金属層９３とからなる。なお、本実施形態では、第１のリード電極９１を構成する密着層９２がチタンタングステン（ＴｉＷ）からなり、金属層９３がアルミニウム（Ａｌ）からなり、厚さは約１μｍである。第２のリード電極９４は、第１のリード電極９１と同様に、密着層９５と金属層９６とで構成されている。例えば、本実施形態では、第２のリード電極９４を構成する密着層９５はニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなり、金属層９６は金（Ａｕ）からなり、厚さは約１μｍである。第１及び第２の絶縁膜１００，１１０の材料としては、無機絶縁材料であれば特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）等が挙げられるが、特に、無機アモルファス材料である、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等を用いるのが好ましい。

また、並設された圧力発生室１２に対応する領域の外側の下電極膜６０上には、第１のリード電極９１と同一層（密着層９２及び金属層９３）からなる第１の積層電極１４０が設けられ、下電極膜６０と電気的に接続されている。さらに、並設された圧電素子３００同士の間の領域には、例えば、１０個の圧電素子３００に対して１本程度の割合で、第１の積層電極１４０から連続する下電極用引き出し配線９７が設けられている。すなわち、下電極用引き出し配線９７は、第１のリード電極９１を構成する密着層９２及び金属層９３で構成されている。そして、この下電極用引き出し配線９７は、第１の積層電極１４０から上電極用引き出し電極９０の引き出し方向に沿って延設され、第１の絶縁膜１００に設けられたコンタクトホール１０３を介して、圧力発生室１２に対応する領域の下電極膜６０に接続されている。なお、下電極用引き出し配線９７等を構成する密着層９２は、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属層９３と下電極膜６０とが反応して相互拡散するのを防止するために設けられている。

このような構成では、第１の積層電極１４０によって圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０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。特に、複数の下電極用引き出し配線９７が、第１の積層電極１４０から連続して形成されていることで、電圧降下の発生をより確実に防止され、常に良好で且つ安定したインク吐出特性を得ることができる。

また、本発明では、このような第１の積層電極１４０と振動板との間には、線膨張係数が振動板よりも大きく且つ第１の積層電極１４０よりも小さい材料からなる応力緩和層１５０が設けられている。この応力緩和層１５０は、少なくとも第１の積層電極１４０の端部に対応する領域に設けられていれがよい。すなわち、応力緩和層１５０は、第１の積層電極１４０の端部が、この応力緩和層１５０上に位置するように形成されていればよい。例えば、本実施形態では、図３に示すように、応力緩和層１５０は、第１の積層電極１４０の端部に対応する領域のみに設けるようにしている。勿論、この応力緩和層１５０は、第１の積層電極１４０の端部に対応する領域だけでなく、例えば、図４に示すように、第１の積層電極１４０の下側にその全面に亘って連続的に設けられてもよい。

応力緩和層１５０の材料は、線膨張係数が振動板を構成する材料よりも大きく且つ第１の積層電極１４０を構成する材料よりも小さい材料であれば特に限定されない。例えば、本実施形態のように、振動板が複数層で構成されている場合には、応力緩和層１５０の材料は、これら複数層のうち線膨張係数が最小のものよりも大きく且つ第１の積層電極１４０よりも小さい材料であればよく、セラミックス材料等が好適に用いられる。本実施形態では、応力緩和層１５０を、圧電素子３００を構成する圧電体層７０と同一の層、すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成している。

そして、このような応力緩和層１５０を、第１の積層電極１４０と振動板との間に設けることにより、振動板及び第１の積層電極１４０の応力に起因して第１の積層電極１４０の周囲で発生する振動板、特に、弾性膜５０の割れを防止することができる。また、第１の積層電極１４０の端部に対応する領域では、応力集中による振動板の割れが生じやすいが、応力緩和層１５０を設けることで、このような応力集中による振動板の割れも確実に防止することができる。さらに、本実施形態のように応力緩和層１５０を第１の積層電極１４０の端部に対応する領域のみに設けるようにすれば、振動板の割れをより確実に防止することができる。
なお、本実施形態のように、応力緩和層１５０を圧電体層７０と同一の層で形成する場合、応力緩和層１５０は、圧電素子３００を構成する圧電体層７０とは分離されていることが望ましい。これにより、圧電素子３００を変形させたときの応力伝播を効果的に抑制できるからである。

また、応力緩和層１５０は、上述したように、第１の積層電極１４０の端部に対向する領域に設けられていればよいが、応力緩和層１５０は、第１の積層電極１４０の端部を跨ぐように連続的に設けられていることが望ましい。すなわち、応力緩和層１５０の端部の位置は、第１の積層電極１４０の端部の位置と一致していてもよいが、第１の積層電極１４０の端部よりも外側に位置していることが好ましい。具体的には、本実施形態のように第１の積層電極１４０と応力緩和層１５０とが、各々約１μｍの厚みを有する場合、応力緩和層１５０の端部は、第１の積層電極１４０の端部から１６μｍ以上外側に位置していることが望ましい。さらに、応力緩和層１５０は、第１の積層電極１４０の厚さと同一か又はそれよりも厚く形成されていることが好ましい。下電極膜６０と第１の積層電極１４０との延設方向に亘って、これら下電極膜６０と第１の積層電極１４０との間に、このような応力緩和層１５０を設けることで、応力集中による振動板の割れをより確実に防止することができる。

ここで、下電極膜の端部に対応する領域のみに応力緩和層を設けた実施例１のヘッドと、下電極膜に対応する領域に連続的に応力緩和層を設けた実施例２のヘッドと、応力緩和層を設けていない比較例のヘッドとのそれぞれにおいて、振動板の応力状態を有限要素法による応力計算によって算出した結果について述べる。具体的には、実施例１、２及び比較例のヘッドを製造する際、下電極膜上に第１の積層金属を所定温度で成膜し、その後冷却して温度を３００℃低下させた。そして、冷却後の弾性膜（振動板）に生じている応力を、振動板の下側に流路形成基板が存在する部分（Ｓｉあり）と、振動板の下側に流路形成基板が存在しない部分（Ｓｉなし）とでそれぞれ算出した。その結果を下記表１に示す。

表１に示すように、比較例のヘッドでは、「Ｓｉあり」、「Ｓｉなし」に拘わらず、弾性膜に同等の比較的大きい応力が生じていた。これに対し、応力緩和層を設けた実施例１及び２のヘッドでは、弾性膜に発生する応力が明らかに低減されていることが分かる。特に、第１の積層電極の端部に対応する領域のみに応力緩和層を設けた実施例２のヘッドでは、「Ｓｉあり」の場合で、弾性膜に発生する応力は比較例のヘッドのおよそ半分程度にまで抑えられており、「Ｓｉなし」に至っては、比較例のヘッドのおよそ３０％程度と大幅に低減されていた。

このような結果からも明らかなように、振動板と第１の積層電極との間に応力緩和層を設けるという本発明の構成によれば、振動板及び第１の積層電極１４０の応力に起因する振動板の割れを確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、圧力発生室１２に対応する領域の外側の下電極膜６０上に、応力緩和層１５０を介して第１の積層電極１４０のみを設けるようにしたが、例えば、図５に示すように、この第１の積層電極１４０上に、第２のリード電極９４と同一層（密着層９５及び金属層９６）からなる第２の積層電極１６０をさらに設けるようにしてもよい。また、第１の積層電極１４０上に設けられる第２の積層電極１６０は、図５（ａ）に示すように、第１の積層電極１４０よりも狭い幅で設けられていてもよいが、例えば、図５（ｂ）に示すように、第１の積層電極１４０よりも広い幅で形成されていてもよい。

また、本実施形態のように、応力緩和層１５０が下電極膜６０の端部に対応する領域のみに設けられている場合には、図６に示すように、応力緩和層１５０が形成されていない領域のみに、第２の積層電極１６０を設けるようにするのが好ましい。これにより、下電極膜６０上に積層された第１及び第２の積層電極１４０，１６０の表面の高さがほぼ一致するため、後述する保護基板３０を接着剤等によって流路形成基板１０に良好に接合することができる。

流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が、例えば、接着剤３５を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部３１は、密封されていてもよいが、勿論、密封されていなくてもよい。

また、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部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の並設方向に沿って設けられており、上述した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１２０を構成している。さらに、圧電素子保持部３１のリザーバ部３２とは反対側の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通して第２のリード電極９４が露出される露出孔３３が形成されている。そして、図示しないが、この露出孔３３内に延設される接続配線によって、保護基板３０上に実装される駆動ＩＣと、第２のリード電極９４及び下電極膜６０とが電気的に接続されている。

なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、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、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。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によってリザーバ部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のリザーバ１２０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１２０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。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１２０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、保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ（図示せず）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下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜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。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、下電極膜上に１層又は２層の積層電極（第１、第２の積層電極）を形成した構成を例示したが、これに限定されず、勿論、下電極膜上に３層以上の積層電極を設けるようにしてもよい。このような構成とした場合でも、振動板と積層電極との間に、上述したような応力緩和層を設けることで、応力集中による振動板の割れを防止することができる。

また、上述の実施形態では、下電極膜６０が、圧力発生室１２に対応する領域から圧力発生室の１２の並設方向で流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、並設された複数の圧電素子３００及び上電極用引き出し電極９０の周囲を囲んで連続的に設けられた構成を例示したが、これに限定されず、下電極膜６０は、圧力発生室１２に対応する領域のみに設けられていてもよい。このような構成とした場合でも、第１の積層電極１４０、及び第２の積層電極１６０が圧力発生室１２に対応する領域の下電極膜６０と電気的に接続されていれば、圧電素子３００の駆動の際の電圧降下は防止することができる。

また、上述の実施形態では、下電極膜と積層電極（第１の積層電極）との間に、応力緩和層を設けた例を説明したが、応力緩和層は、振動板と積層電極との間に設けられていればよく、例えば、下電極膜の下側に設けられていてもよい。

なお、上述した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７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７に示すように、インクジェット式記録ヘッド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上を搬送されるようになっている。

また、上述した実施形態においては、本発明の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説明したが、液体噴射ヘッド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。本発明は、広く液体噴射ヘッドの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もの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（面発光ディスプレー）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。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。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。実施形態１に係る記録ヘッドの配線構造を示す拡大断面図である。実施形態１に係る記録ヘッドの配線構造を示す拡大断面図である。実施形態１に係る記録ヘッドの配線構造を示す拡大断面図である。実施形態１に係る記録ヘッドの配線構造を示す拡大断面図である。本発明の一実施形態に係る記録装置の概略図である。

符号の説明

１０流路形成基板、１２圧力発生室、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、６０下電極膜、７０圧電体層、８０上電極膜、９０上電極用引き出し電極、９１第１のリード電極、９４第２のリード電極、１００第１の絶縁膜、１１０第２の絶縁膜、１４０第１の積層電極、１５０応力緩和層、１６０第２の積層電極、３００圧電素子

Claims

ノズル開口に連通する圧力発生室が形成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る下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備すると共に、前記下電極及び前記上電極とは異なる層で構成され、前記圧電素子が形成されている領域及び前記圧力発生室に対応する領域の外側の前記振動板上に設けられて前記下電極と電気的に接続される積層電極を有し、且つ該積層電極と前記振動板との間には、前記積層電極の端部にのみ対応する領域に、線膨張係数が前記振動板よりも大きく前記積層電極よりも小さい材料からなる応力緩和層が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１において、前記応力緩和層が、前記積層電極の縁部の外側まで張り出して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１又は２において、前記応力緩和層が、セラミックス材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項３において、前記応力緩和層が、前記圧電素子を構成する前記圧電体層と同一の層からなり、且つ前記圧電素子を構成する圧電体層とは分離されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜４の何れかにおいて、前記応力緩和層の厚さが、前記積層電極の厚さと同一か又はそれよりも厚いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜５の何れかにおいて、前記流路形成基板がシリコン単結晶基板からなると共に、前記振動板が前記流路形成基板の表面に形成された二酸化シリコンからなる弾性膜を少なくとも含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜６の何れか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。