JP5754198B2

JP5754198B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電アクチュエーター

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Publication number: JP5754198B2
Application number: JP2011066813A
Authority: JP
Inventors: 李　欣山; 欣山李
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: JP2012204550A

Description

本発明は、ノズル開口から液体を吐出する液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電アクチュエーターに関する。

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、この振動板を圧電アクチュエーター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が実用化されている。例えば、このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、振動板の表面全体に亘って成膜技術により均一な圧電体層を形成し、この圧電体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アクチュエーターを形成したものがある。

このようなインクジェット式記録ヘッドに用いられる圧電アクチュエーターとしては、圧電アクチュエーターを構成する圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置が２θ＝２１．７９〜２１．８８度の範囲内に規定したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２７８８３５号公報

このような特許文献１に代表される圧電アクチュエーターでは、駆動しても圧電体層にクラック等の破壊が発生しない圧電アクチュエーターが望まれている。

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用いられる圧電アクチュエーターだけではなく、液体噴射ヘッド以外に用いられる圧電アクチュエーター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、圧電体層の破壊を抑制して耐久性を向上した液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電アクチュエーター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と、第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有し、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーターと、を具備し、前記圧電体層は、鉛、チタン及びジルコニウムを含み、前記圧電体層が、（１００）面に優先配向するペロブスカイト構造を有し、前記第２電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）が、前記第１電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）よりも小さい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、圧電アクチュエーターの駆動時に圧電体層にクラック等の破壊が発生するのを抑制することができる。また、圧電体層は、鉛、チタン及びジルコニウムを含むことで、低い駆動電圧で高い圧電特性を得ることができる圧電アクチュエーターを実現できる。
ここで、前記圧電体層は、前記第１電極側から前記第２電極側に向かって、（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）が、徐々に漸小していることが好ましい。これによれば、さらに圧電体層の破壊を抑制することができる。
また、前記圧電体層の前記第１電極側と第２電極側とで、（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）の差が、０．０３８度以上であることが好ましい。これによれば、圧電体層のクラック率を著しく低く抑えられる。
さらに、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。
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。
また、本発明の他の態様は、第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を具備し、前記圧電体層は、鉛、チタン及びジルコニウムを含み、前記圧電体層が、（１００）面に優先配向したペロブスカイト構造を有し、前記第２電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）が、前記第１電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）よりも小さいことを特徴とする圧電アクチュエーターにある。
かかる態様では、圧電アクチュエーターの駆動時に圧電体層にクラック等の破壊が発生するのを抑制することができる。また、圧電体層は、鉛、チタン及びジルコニウムを含むことで、低い駆動電圧で高い圧電特性を得ることができる圧電アクチュエーターを実現できる。
さらに、他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有し、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーターと、を具備し、前記圧電体層が、（１００）面に優先配向するペロブスカイト構造を有し、前記第２電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）が、前記第１電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）よりも小さい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、圧電アクチュエーターの駆動時に圧電体層にクラック等の破壊が発生するのを抑制することができる。

ここで、前記圧電体層は、鉛、チタン及びジルコニウムを含むことが好ましい。これによれば、低い駆動電圧で高い圧電特性を得ることができる圧電アクチュエーターを実現できる。

また、前記圧電体層は、前記第１電極側から前記第２電極側に向かって、（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）が、徐々に漸小していることが好ましい。これによれば、さらに圧電体層の破壊を抑制することができる。

また、前記圧電体層の前記第１電極側と第２電極側とで、（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）の差が、０．０３８度以上であることが好ましい。これによれば、圧電体層のクラック率を著しく低く抑えられる。

さらに、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。
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。

また、第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極と、を具備し、前記圧電体層が、（１００）面に優先配向したペロブスカイト構造を有し、前記第２電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）が、前記第１電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）よりも小さいことを特徴とする圧電アクチュエーターにある。
かかる態様では、圧電アクチュエーターの駆動時に圧電体層にクラック等の破壊が発生するのを抑制することができる。

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に係る測定結果を示すグラフである。本発明の実施形態１に係る測定結果を示すグラフである。本発明の実施形態１に係る測定結果を示すグラフである。本発明の実施形態１に係る測定結果を示すグラフである。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。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本実施形態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、図２（ａ）は図１の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）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、本実施形態では結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板１０の一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜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）等からなる絶縁体膜５５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の方向と称する。また、第１の方向と直交する方向を第２の方向と称する。各圧力発生室１２の第２の方向の一端部側には、連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、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。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。連通部１３は、後述する保護基板３０のマニホールド部３１と連通して圧力発生室１２の列毎に共通のインク室となるマニホールド１００の一部を構成する。

流路形成基板１０には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは第２の方向の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。本実施形態では、流路形成基板１０にノズルプレート２０を接着剤で接着した。

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、成膜及びリソグラフィー法により積層形成されて、圧電アクチュエーター３００を構成している。ここで、圧電アクチュエーター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。一般的には、圧電アクチュエーター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を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここでは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３２０という。本実施形態では、第１電極６０を圧電アクチュエーター３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電アクチュエーター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。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。また、圧電アクチュエーター３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

また、本実施形態の圧電体層７０としては、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜（ペロブスカイト型結晶）が挙げられる。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。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）等を用いることができる。本実施形態では、圧電体層７０として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた。

もちろん、圧電体層７０の材料としては、鉛、チタン、ジルコニウムを含む圧電材料に限定されず、非鉛系の圧電材料であってもよい。

圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を５μｍ以下の厚さで形成した。

また、圧電体層７０は、結晶面方位が（１００）面に優先配向している。なお、Ｘ線回折強度分布は、Ｘ線回折広角法（ＸＲＤ）によって圧電体層７０を測定すると、（１００）面、（１１０）面及び（１１１）面等に相当する回折強度のピークが発生する。そして、本発明で「結晶が（１００）面に優先配向している」とは、全ての結晶が（１００）面に配向している場合と、ほとんどの結晶（例えば、９０％以上）が（１００）面に優先配向している場合と、を含むものである。

また、圧電体層７０は、第１電極６０側の当該圧電体層７０の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）に対して、第２電極８０側の当該圧電体層７０の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）が小さくなっている。すなわち、圧電体層７０は、厚さ方向（第１電極６０から第２電極８０に向かう方向）において、（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）が徐々に異なるように設けられている。

本実施形態では、圧電体層７０の第２電極８０側の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）は、２１．９２度以上、２１．９５度以下であるのが好ましい。これに対して、圧電体層７０の第１電極６０側の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）は、２１．９５度より大きく、２２．００度以下であるのが好ましい。

なお、圧電体層７０は、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等で形成することができる。そして、圧電体層７０は、例えば、製造時のゾルの組成や熱処理温度などを調整することで上述した結晶特性、すなわち、Ｘ線回折強度分布の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）を調整して形成することができる。

具体的には、例えば、ゾル−ゲル法又はＭＯＤ法で圧電体層７０を形成する場合、まず、圧電体層７０となる材料の有機物を含むゾルを塗布する（塗布工程）。次に、塗布したゾルを所定温度に加熱して一定時間乾燥させて圧電体前駆体膜を形成する（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することにより脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前躯体膜の有機成分を、例えば、ＮＯ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等として離脱させることであり、圧電体前駆体膜が結晶化しない程度に、すなわち、非晶質の圧電体前駆体膜を形成することを言う。次に、脱脂した圧電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体層７０を形成する（焼成工程）。そして、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を繰り返し行うことで、複数層の圧電体層７０を形成することができる。ちなみに、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程を複数回繰り返し行った後、複数の脱脂した圧電体前駆体膜を同時に焼成するようにしてもよい。

そして、本実施形態の圧電体層７０のように、第１電極６０側の当該圧電体層７０の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）に対して、第２電極８０側の当該圧電体層７０の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）を小さくするには、繰り返し行う焼成工程を第１電極６０側から第２電極８０側に向かって高い温度で行うようにすればよい。すなわち、１層目の圧電体膜の焼成温度に比べて、最終層の圧電体膜の焼成温度を高くすればよい。ここで、圧電体層７０は、焼成温度が高くなると（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）が小さくなる傾向があるからである。ただし、１層目の圧電体膜の焼成温度と、最終層の圧電体膜の焼成温度との差は１００℃以下とするのが好ましい。１層目の圧電体膜の焼成温度と、最終層の圧電体膜の焼成温度との差が１００℃よりも高いと、最終層の焼成時に１層目の圧電体膜のＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）も変化してしまい、第１電極６０側と第２電極８０側とで回折ピーク位置（２θ）の差が小さくなってしまうからである。ちなみに、第２電極８０側の圧電体膜を焼成した際に、第１電極６０側の圧電体膜も同時に加熱されて回折ピーク位置（２θ）が著しく小さくなることは考え難い。これは、圧電体膜は、一度焼成して結晶化してしまうと、特性変化が起こりにくいからである。たとえ、第２電極８０側の圧電体膜を焼成した際に、第１電極６０側の圧電体膜も同時に加熱されて回折ピーク位置（２θ）が小さくなったとしても、両者には差が生じるため特に問題はない。なお、上述した例では、焼成工程時の温度について説明したが、温度だけではなく、所定温度で加熱する時間についても同様のことが言える。すなわち、圧電体層７０は、焼成時間が長くなれば（１００）面に由来する回折ピーク位置（２θ）は小さく、焼成時間が短ければ回折ピーク位置（２θ）は大きくなる傾向を有する。

ここで、上述のように圧電体層７０の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）が、第１電極６０側に比べて第２電極８０側が小さいとは、上述した製造方法のように、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を繰り返し行って複数層の圧電体膜を積層した圧電体層７０を形成する場合、１層目の圧電体膜を形成した後の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）に比べて、最終層の圧電体膜を形成した後の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）が小さくなっていることを言う。例えば、圧電体層７０として、１２層の圧電体膜を積層した場合、１層目の圧電体膜を焼成した後の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）と、１２層目の圧電体膜を焼成した後の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）とは図３に示すような回折ピーク位置（２θ）を示す。

また、ここで、焼成温度を変化させた場合の回折ピーク位置（２θ）の測定結果を図４及び図５に示す。なお、図４では、１層目の圧電体膜を焼成した温度（焼成温度）を７００℃、７２０℃、７４０℃、８００℃とした場合の１層目の圧電体膜のＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）を測定したグラフであり、図５は、１２層目の圧電体膜を焼成した温度（焼成温度）を７００℃、７４０℃、８００℃とした場合の１２層目の圧電体膜のＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）を測定したグラフである。

図４及び図５に示すように、焼成温度が高い方がＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）は小さくなり、焼成温度が低い方がＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）は大きくなることが分かる。そして、図４及び図５に示すように、１層目の圧電体膜であっても、１２層目の圧電体膜であっても、圧電体膜の積層状態に関係なく、焼成温度が高ければ（１００）面に由来する回折ピーク位置（２θ）が小さくなることが分かった。このことから、繰り返し行う焼成工程を第１電極６０側から第２電極８０側に向かって高い温度で行えば、圧電体層７０の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）を第１電極６０側から第２電極８０側に向かって徐々に小さくすることができる。

なお、圧電体層７０を形成する際のゾルの組成を変更することでも、回折ピーク位置（２θ）を調整することができる。具体的には、圧電体層７０を形成するゾルに添加するマンガン（Ｍｎ）やニッケル（Ｎｉ）の添加量を調整することで回折ピーク位置（２θ）を調整することができる。

ここで、複数のサンプルについて、圧電体膜形成工程を１２回繰り返し行った際の、１層目の圧電体膜を形成した後の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）と、１２層目の圧電体膜を形成した後の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）とを測定し、各圧電アクチュエーターを繰り返し駆動した際のクラックの発生の有無を測定した。圧電アクチュエーターの駆動は、３５Ｖ、３０億パルスで行った。また、クラックの発生率は、図１に示す１つのチップ上に３６０個の圧電アクチュエーターを設け、圧電体層にクラックが発生した割合を測定した。この結果を図６に示す。

図６に示すように、圧電体層の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）の第１電極６０側と第２電極８０側との差が大きい方が圧電体層にクラックが発生し難い。特に、圧電体層の第１電極６０側と第２電極８０側との（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）の差を０．３８度以上とすることで、クラック率が２％以下と著しく低く抑えられる。

以上のことから、圧電体層７０の（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）を第１電極６０側に比べて第２電極８０側を小さくすることで、圧電アクチュエーター３００を駆動した際の圧電体層７０のクラックを抑制して、信頼性の高いインクジェット式記録ヘッドを実現できる。特に、圧電体層７０の第１電極６０側と第２電極８０側との（１００）面に由来するＸ線回折強度分布の回折ピーク位置（２θ）の差を０．３８度以上とすることで、殆どクラックの発生しない圧電アクチュエーター３００を実現することができる。

さらに、このような圧電アクチュエーター３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。

このような圧電アクチュエーター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３１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。このマニホールド部３１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マニホールド１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にマニホールドと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

保護基板３０には、圧電アクチュエーター３００に対向する領域に、圧電アクチュエーター３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電アクチュエーター保持部３２が設けられている。なお、圧電アクチュエーター保持部３２は、圧電アクチュエーター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。

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、各圧電アクチュエーター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。

また、保護基板３０上には、信号処理部として機能する駆動回路１２０が固定されている。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、貫通孔３３を挿通させた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。

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と同一材料の面方位（１１０）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。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、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３１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、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。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩ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、マニホールド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。

そして、本実施形態では、繰り返し駆動してもクラック等の破壊を抑制した圧電体層７０を有する圧電アクチュエーター３００を有するインクジェット式記録ヘッドＩとすることで、耐久性が高く信頼性の高いインクジェット式記録ヘッドＩを実現することができる。

（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、上述した実施形態１では、特に圧電アクチュエーター３００を覆う保護膜等を設けていないが、圧電アクチュエーター３００を覆う耐湿度性の保護膜等を設けるようにしても同様である。

また、これら実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩ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インクジェット式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に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、複数のインクジェット式記録ヘッドＩを有するインクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ、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、このインクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ、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。このインクジェット式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、インクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ、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。

また、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（インクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）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Ｉ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。

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、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。

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アクチュエーターに限られず、他の装置に搭載される圧電アクチュエーターにも適用することができる。

Ｉインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、ＩＩインクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１０流路形成基板、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、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、１００マニホールド、１２０駆動回路、３００圧電アクチュエーター

Claims

液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、
第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有し、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーターと、を具備し、
前記圧電体層は、鉛、チタン及びジルコニウムを含み、
前記圧電体層が、（１００）面に優先配向するペロブスカイト構造を有し、
前記第２電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）が、前記第１電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）よりも小さいことを特徴とする液体噴射ヘッド。
前記圧電体層は、前記第１電極側から前記第２電極側に向かって、（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）が、徐々に漸小していることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
前記圧電体層の前記第１電極側と第２電極側とで、（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）の差が、０．０３８度以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
請求項１〜３の何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。
第１電極と、
該第１電極上に設けられた圧電体層と、
該圧電体層上に設けられた第２電極と、を具備し、
前記圧電体層は、鉛、チタン及びジルコニウムを含み、
前記圧電体層が、（１００）面に優先配向したペロブスカイト構造を有し、
前記第２電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）が、前記第１電極側の前記圧電体層の（１００）面に由来するＸ線の回折ピーク位置（２θ）よりも小さいことを特徴とする圧電アクチュエーター。