JP6179153B2 - 液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 - Google Patents
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Description
該圧力室形成部材における前記圧力室の開口部に対応する位置に、当該開口部に近い側から順に第1の電極、圧電体層、および第2の電極が積層されてなる圧電素子と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室の開口部は、複数の角と、互いの角を結ぶ辺から成る多角形状を呈し、
前記圧電体層は、前記圧力室形成部材における複数の圧力室に亘って一体的に形成されるとともに、隣り合う圧力室に挟まれた領域のうち、前記辺に沿う所定の領域は、当該圧電体層を貫通する窪み、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くされた窪みを有し、前記角に沿う所定の領域は、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚くされていることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲における圧力室(圧力室形成部材)と圧電体層の位置関係に関し、両者の間に振動板などの他の部材が介在している状態で積層関係にある構成も含む。また、「対応する」とは、各部材の積層方向で見て互いに重なる位置関係にあることを意味する。
該圧力室形成部材における前記圧力室の開口部に対応する位置に、当該開口部に近い側から順に第1の電極、圧電体層、および第2の電極が積層されてなる圧電素子と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室の開口部は、複数の角と、互いの角を結ぶ辺から成る多角形状を呈し、
前記圧電体層は、前記圧力室形成部材における複数の圧力室に亘って一体的に形成されるとともに、隣り合う圧力室に挟まれた領域のうち、互いの辺で挟まれた領域は、当該圧電体層を貫通する窪み、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くされた窪みを有し、少なくとも一方に前記角が位置して挟まれた領域は、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚くされていることを特徴とする。
当該位置の圧電体層の圧力室並設方向における幅は、同方向における前記圧力室の開口部の幅よりも狭い構成を採用することが望ましい。
前記空部内に前記能動部を収容した状態で、前記積層材に前記封止部材が接合される構成を採用することが望ましい。
また、上記目的を達成するために提案される本発明の液体噴射ヘッドは、以下の構成を備えたものであってもよい。
すなわち、本発明の液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
該圧力室形成部材における前記圧力室の開口部に対応する位置に、当該開口部に近い側から順に第1の電極、圧電体層、および第2の電極が積層されてなる圧電素子と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室の開口部は、複数の角と、互いの角を結ぶ辺から成る多角形状を呈し、
前記圧電体層は、前記圧力室形成部材における複数の圧力室に亘って一体的に形成されるとともに、隣り合う圧力室に挟まれた領域のうち、前記辺に沿う所定の領域は、当該圧電体層を貫通する窪み、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くされた窪みを有し、前記角に沿う所定の領域は、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚くされ、
圧力室並設方向に交差する方向における前記圧力室の開口部の両側に位置して少なくとも1つの角を覆う圧電体層上に、当該部分の総厚を他の部分よりも相対的に厚くする積層材が設けられたことを特徴とする。
また、本発明の液体噴射ヘッドは、以下の構成を備えたものであってもよい。
すなわち、本発明の液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
該圧力室形成部材における前記圧力室の開口部に対応する位置に、当該開口部に近い側から順に第1の電極、圧電体層、および第2の電極が積層されてなる圧電素子と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室の開口部は、複数の角と、互いの角を結ぶ辺から成る多角形状を呈し、
前記圧電体層は、前記圧力室形成部材における複数の圧力室に亘って一体的に形成されるとともに、隣り合う圧力室に挟まれた領域のうち、互いの辺で挟まれた領域は、当該圧電体層を貫通する窪み、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くされた窪みを有し、圧力室並設方向における少なくとも一方に前記角が位置して挟まれた領域は、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚くされ、
圧力室並設方向に交差する方向における前記圧力室の開口部の両側に位置して少なくとも1つの角を覆う圧電体層上に、当該部分の総厚を他の部分よりも相対的に厚くする積層材が設けられたことを特徴とする。
これらの構成によれば、圧電体層における隣り合う圧力室の間における辺に沿う領域には、当該辺に沿って窪みが形成され、圧力室の応力が集中しやすい角に沿う領域、すなわち、圧力室並設方向における少なくとも一方の開口部の角が位置して挟まれた領域は、窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚い圧電体層によって覆われているので、圧電素子の能動部が駆動する際の応力が圧力室の角に集中しにくくなり、圧力室形成部材あるいは圧電素子等の構成部材の損傷を抑制することが可能となる。特に、角が鋭角である場合に、当該角に応力がより集中し易いが、このような構成において本発明は好適である。
また、圧力室並設方向に交差する方向における圧力室の開口部の両側に位置して少なくとも1つの角を覆う圧電体層上に、当該部分の総厚を他の部分よりも相対的に厚くする積層材を設けることにより、当該積層材は、圧電素子の両端部の変位を規制することで、駆動時における当該圧電素子の不規則な変位を抑制することが可能となる。
上記構成において、隣り合う窪みに挟まれた領域であって前記圧力室の開口部に対応する位置には、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも厚い圧電体層が設けられ、
当該位置の圧電体層の圧力室並設方向における幅は、同方向における前記圧力室の開口部の幅よりも狭い構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、圧力室の開口部に対応する位置に設けられた圧電体層がより動き易くなり、圧力室内の液体に対してより効率良く圧力変動を付与することが可能となる。
また、上記構成において、前記積層材は金属膜であり、前記第1の方向に沿って一連に形成されて複数の圧電素子の第2の電極と導通する構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、積層材は金属膜であり、前記第1の方向に沿って一連に形成されて複数の圧電素子の第2の電極と導通することで、各圧電素子に共通に設けられた第2の電極の電流容量を増加させることができる。
また、上記構成において、前記第1の電極、前記圧電体層、および前記第2の電極が相互に重畳する能動部を収容可能な空部が内部に形成された封止部材を設け、
前記空部内に前記能動部を収容した状態で、前記積層材に前記封止部材が接合される構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、積層材を設けることにより総厚が相対的に厚くなった部分に封止部材が接合されるので、圧電素子の能動部以外の変形をより一層抑えることが可能となり、圧力室形成部材あるいは圧電素子等の構成部材にクラック等の損傷が生じることがより確実に抑制される。また、封止部材が接合される部分に窪みが設けられておらず当該部分の圧電体層は平坦面となっているので、封止部材を安定した状態で接合することができる。
さらに、本発明の液体噴射装置は、上記何れかの構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。
したがって、ヘッドユニット11の構成部材の積層方向で見たときに、窪み31内には何れの角30も重ならないようになっており、圧力室22の開口部の全ての角30は、圧電体層28により覆われている。また、本実施形態における窪み31の幅方向(圧力室並設方向)の寸法は、隔壁22aの幅よりも少し大きく設定されている。すなわち、窪み31の幅方向の両縁部が圧力室22の開口部上に部分的に重畳している。一方、角30に沿う領域は、窪み31における圧電体層28の厚みよりも相対的に厚くされている。すなわち、隣り合う圧力室22の間における少なくとも一方に角30が位置して挟まれた領域は、窪み31における圧電体層28の厚みよりも相対的に厚くされている。そして、隣り合う窪み31の間の領域における圧力室22の開口部上の位置には、窪み31よりも厚い圧電体層28が梁状に設けられる。当該部分の圧電体層28の圧力室並設方向における幅は、同方向における圧力室22の開口部の幅よりも少し狭くなっている。この梁状の圧電体層28の両側に上記の窪み31が設けられることにより、当該圧電体層28を円滑に変位させることができる一方で、駆動対象の梁状の圧電体層28以外の部分の不要な変位を抑制することができる。本実施形態においては、梁状部の能動部を構成する圧電体層28の幅が圧力室22の幅よりも狭くなっているので、当該圧電体層28がより動き易くなり、圧力室22内のインクに対してより効率良く圧力変動を付与することが可能となる。
まず、図6(a)に示すように、流路形成基板15となるシリコン単結晶基板が約1100℃の拡散炉で熱酸化され、その表面に弾性膜17を構成する二酸化シリコン(SiO2)膜が形成される。次いで、図6(b)に示すように、弾性膜17上に、酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜18が形成される。具体的には、まず、弾性膜17上に、例えば、DCスパッタ法によりジルコニウム層が形成され、このジルコニウム層が熱酸化されることにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜18が形成される。次いで、図6(c)に示すように、例えば、白金(Pt)とイリジウム(Ir)とを絶縁体膜18上に積層することにより下部電極27が形成され、圧力室22の幅よりも小さい幅となるようにパターニングされる。
図8は、本発明の第2の実施形態の構成を説明する圧電体層28′の平面図である。なお、便宜上、説明に必要な構成以外のものは省略してある。本実施形態においては、圧力室22′の開口形状(図8中点線で示す)が菱形に近い形を呈しており、隣り合う圧力室22′同士は、互いの角30′を向き合わせた状態で並設されている。これらの角30′は、上記第1の実施形態における角30のように直線と直線が交わるような角とは異なり、所定の曲率を有する曲線で構成されている。そして、隣り合う圧力室22同士の間の領域に対応する圧電体層28′の部分において、これらの圧力室22′の辺同士に挟まれた領域に、各辺に沿って窪み31′が形成されている。より具体的には、両圧力室22′の開口部における略直線状の辺に対してそれぞれ1対1に対応して、それぞれの辺に沿って窪み31′が形成されている。つまり、1つの圧力室22′に対して、合計4つの窪み31′が、当該圧力室22′の開口部を囲むように配置されている。各窪み31′の全長は、対応する辺の長さよりも短くなっている。したがって、上記第1の実施形態と同様に、角30′に沿う領域は、窪み31′における圧電体層28′の厚みよりも相対的に厚くされている。すなわち、隣り合う圧力室22′の間における少なくとも一方に角30′が位置して挟まれた領域は、窪み31′における圧電体層28′の厚みよりも相対的に厚くされている。本実施形態の構成においても、当該圧電体層28′を円滑に変位させることができる一方で、駆動対象の圧電体層28以外の部分の不要な変位を抑制することができる。また、圧力室22′の開口部の長手方向両端部に位置する角30と重なる位置に、それぞれ錘部41a′が設けられている。これらの錘部41a′を設けることにより当該部分の総厚が他の部分の総厚よりも相対的に厚くなるので、駆動時における当該圧電素子19の不規則な変位を抑制することができる。なお、窪み31′に関し、図8において破線で示すように、当該窪み31′の一部が圧力室22′の開口部上に重畳する構成を採用することも可能である。
Claims (6)
- ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
該圧力室形成部材における前記圧力室の開口部に対応する位置に、当該開口部に近い側から順に第1の電極、圧電体層、および第2の電極が積層されてなる圧電素子と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室の開口部は、複数の角と、互いの角を結ぶ辺から成る多角形状を呈し、
前記圧電体層は、前記圧力室形成部材における複数の圧力室に亘って一体的に形成されるとともに、隣り合う圧力室に挟まれた領域のうち、前記辺に沿う所定の領域は、当該圧電体層を貫通する窪み、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くされた窪みを有し、前記角に沿う所定の領域は、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚くされ、
圧力室並設方向に交差する方向における前記圧力室の開口部の両側に位置して少なくとも1つの角を覆う圧電体層上に、当該部分の総厚を他の部分よりも相対的に厚くする積層材が設けられたことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成部材と、
該圧力室形成部材における前記圧力室の開口部に対応する位置に、当該開口部に近い側から順に第1の電極、圧電体層、および第2の電極が積層されてなる圧電素子と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室の開口部は、複数の角と、互いの角を結ぶ辺から成る多角形状を呈し、
前記圧電体層は、前記圧力室形成部材における複数の圧力室に亘って一体的に形成されるとともに、隣り合う圧力室に挟まれた領域のうち、互いの辺で挟まれた領域は、当該圧電体層を貫通する窪み、又は、当該圧電体層において厚みが相対的に薄くされた窪みを有し、圧力室並設方向における少なくとも一方に前記角が位置して挟まれた領域は、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも相対的に厚くされ、
圧力室並設方向に交差する方向における前記圧力室の開口部の両側に位置して少なくとも1つの角を覆う圧電体層上に、当該部分の総厚を他の部分よりも相対的に厚くする積層材が設けられたことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 隣り合う窪みに挟まれた領域であって前記圧力室の開口部に対応する位置には、前記窪みにおける圧電体層の厚みよりも厚い圧電体層が設けられ、
当該位置の圧電体層の圧力室並設方向における幅は、同方向における前記圧力室の開口部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記積層材は金属膜であり、前記圧力室並設方向に沿って一連に形成されて複数の圧電素子の第2の電極と導通することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記第1の電極、前記圧電体層、および前記第2の電極が相互に重畳する能動部を収容可能な空部が内部に形成された封止部材を設け、
前記空部内に前記能動部を収容した状態で、前記積層材に前記封止部材が接合されたことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 - 請求項1から請求項5の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置。
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