JP7371337B2 - 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents
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Description
本発明は、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
圧力室の壁面を構成する振動板を圧電素子により振動させることで、当該圧力室に充填されたインク等の液体をノズルから噴射する技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、酸化シリコンで形成された弾性膜と、酸化ジルコニウムで形成された絶縁体膜との積層により振動板を形成した構成が開示されている。また、特許文献２には、酸化シリコンの保護膜と酸化ジルコニウムの剛性膜との間に、保護膜を透過した水分の進行を阻止する耐湿層を介在させた構成が開示されている。
特許文献２の構成は、保護膜からみて剛性膜とは反対側からの水分の進入を阻止することを目的とするため、振動板の全面にわたり耐湿層を形成することが必須である。しかし、振動板の全面にわたり耐湿層を形成した構成では、振動板の振動が耐湿層により抑制されるから、振動板の変位量を充分に確保できない可能性がある。
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力室と、第１層と第２層との積層を含み、前記複数の圧力室の壁面を構成する振動板と、前記振動板の平面視において前記振動板のうち第１領域上に前記各圧力室に対応して形成された複数の圧電素子と、前記振動板のうち前記第１領域を包囲する第２領域内において前記第１層と前記第２層との界面を覆うバリア層とを具備する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る液体噴射装置１００を例示する構成図である。第１実施形態の液体噴射装置１００は、液体の一例であるインクを媒体１２に噴射するインクジェット方式の印刷装置である。媒体１２は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象が媒体１２として利用される。図１に例示される通り、液体噴射装置１００には、インクを貯留する液体容器１４が設置される。例えば液体噴射装置１００に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、または、インクを補充可能なインクタンクが、液体容器１４として利用される。色彩または特性が相違する複数種のインクが液体容器１４には貯留される。
図１は、第１実施形態に係る液体噴射装置１００を例示する構成図である。第１実施形態の液体噴射装置１００は、液体の一例であるインクを媒体１２に噴射するインクジェット方式の印刷装置である。媒体１２は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象が媒体１２として利用される。図１に例示される通り、液体噴射装置１００には、インクを貯留する液体容器１４が設置される。例えば液体噴射装置１００に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、または、インクを補充可能なインクタンクが、液体容器１４として利用される。色彩または特性が相違する複数種のインクが液体容器１４には貯留される。
図１に例示される通り、液体噴射装置１００は、制御ユニット２０と搬送機構２２と移動機構２４と液体噴射ヘッド２６とを具備する。制御ユニット２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、液体噴射装置１００の各要素を統括的に制御する。搬送機構２２は、制御ユニット２０による制御のもとで媒体１２をＹ方向に搬送する。
移動機構２４は、制御ユニット２０による制御のもとで液体噴射ヘッド２６をＸ方向に往復させる。Ｘ方向は、媒体１２が搬送されるＹ方向に直交する方向である。第１実施形態の移動機構２４は、液体噴射ヘッド２６を収容する略箱型の搬送体２４２と、搬送体２４２が固定された搬送ベルト２４４とを具備する。なお、複数の液体噴射ヘッド２６を搬送体２４２に搭載した構成、または、液体容器１４を液体噴射ヘッド２６とともに搬送体２４２に搭載した構成も採用され得る。
液体噴射ヘッド２６は、液体容器１４から供給されるインクを制御ユニット２０による制御のもとで複数のノズルから媒体１２に噴射する。搬送機構２２による媒体１２の搬送と搬送体２４２の反復的な往復とに並行して液体噴射ヘッド２６が媒体１２にインクを噴射することで、媒体１２の表面に所望の画像が形成される。なお、Ｘ－Ｙ平面に垂直な方向を以下ではＺ方向と表記する。液体噴射ヘッド２６によるインクの噴射方向がＺ方向に相当する。Ｘ－Ｙ平面は、例えば媒体１２の表面に平行な平面である。
図２は、液体噴射ヘッド２６の分解斜視図であり、図３は、図２おけるａ－ａ線の断面図である。図２に例示される通り、液体噴射ヘッド２６は、Ｙ方向に配列された複数のノズルＮを具備する。第１実施形態の複数のノズルＮは、Ｘ方向に相互に間隔をあけて並設された第１列Ｌaと第２列Ｌbとに区分される。第１列Ｌaおよび第２列Ｌbの各々は、Ｙ方向に直線状に配列された複数のノズルＮの集合である。図３から理解される通り、第１実施形態の液体噴射ヘッド２６は、第１列Ｌaの各ノズルＮに関連する要素と第２列Ｌbの各ノズルＮに関連する要素とが略面対称に配置された構造である。そこで、以下の説明では、第１列Ｌaに対応する要素を重点的に説明し、第２列Ｌbに対応する要素の説明は適宜に割愛する。
図２および図３に例示される通り、液体噴射ヘッド２６は、流路構造体３０と複数の圧電素子３４と封止体３５と筐体部３６と配線基板５１とを具備する。流路構造体３０は、複数のノズルＮの各々にインクを供給するための流路が内部に形成された構造体である。第１実施形態の流路構造体３０は、流路基板３１と圧力室基板３２と振動板３３とノズル板４１と吸振体４２とで構成される。流路構造体３０を構成する各部材は、Ｙ方向に長尺な板状部材である。流路基板３１におけるＺ方向の負側の表面に圧力室基板３２と筐体部３６とが設置される。他方、流路基板３１におけるＺ方向の正側の表面に、ノズル板４１および吸振体４２が設置される。例えば接着剤により各部材が固定される。
ノズル板４１は、複数のノズルＮが形成された板状部材である。複数のノズルＮの各々は、インクを噴射する円形状の貫通孔である。例えばフォトリソグラフィおよびエッチング等の半導体製造技術を利用してシリコン（Ｓｉ）の単結晶基板を加工することで、ノズル板４１が製造される。ただし、ノズル板４１の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
図２および図３に例示される通り、流路基板３１には、空間Ｒaと複数の供給流路３１２と複数の連通流路３１４と中継液室３１６とが形成される。空間Ｒaは、Ｚ方向からみた平面視でＹ方向に沿う長尺状に形成された開口であり、供給流路３１２および連通流路３１４は、ノズルＮ毎に形成された貫通孔である。中継液室３１６は、複数のノズルＮにわたりＹ方向に沿う長尺状に形成された空間であり、空間Ｒaと複数の供給流路３１２とを相互に連通させる。複数の連通流路３１４の各々は、当該連通流路３１４に対応する１個のノズルＮに平面視で重なる。
図２および図３に例示される通り、圧力室基板３２には複数の圧力室Ｃが形成される。圧力室Ｃは、ノズルＮ毎に形成され、平面視でＸ方向に沿う長尺状の空間である。複数の圧力室ＣはＹ方向に配列する。流路基板３１および圧力室基板３２は、前述のノズル板４１と同様に、例えば半導体製造技術を利用してシリコンの単結晶基板を加工することで製造される。ただし、流路基板３１および圧力室基板３２の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
図２に例示される通り、圧力室基板３２において流路基板３１とは反対側の表面には、弾性的に変形可能な振動板３３が設置される。振動板３３は、Ｚ方向からの平面視でＹ方向に長尺な矩形状に形成された板状部材である。図３から理解される通り、圧力室Ｃは、流路基板３１と振動板３３との間に位置する空間である。すなわち、振動板３３は、各圧力室Ｃの壁面を構成する。図２および図３に例示される通り、圧力室Ｃは、連通流路３１４および供給流路３１２に連通する。したがって、圧力室Ｃは、連通流路３１４を介してノズルＮに連通し、かつ、供給流路３１２と中継液室３１６とを介して空間Ｒaに連通する。Ｚ方向からの平面視は、振動板３３に垂直な方向からみること、すなわち振動板３３の平面視とも換言される。
図４は、振動板３３の平面図である。振動板３３のうちＺ方向の負側の表面が図４には図示されている。図４に例示される通り、振動板３３の表面は、第１領域Ｑ1と第２領域Ｑ2とに区画される。第１領域Ｑ1は矩形状の領域である。第２領域Ｑ2は、第１領域Ｑ1を包囲する矩形枠状の領域である。すなわち、第２領域Ｑ2は、第１領域Ｑ1の周縁と振動板３３の周縁との間の領域である。図４に例示される通り、複数の圧力室Ｃは、Ｚ方向からの平面視で第１領域Ｑ1の内側に形成される。振動板３３のうち平面視で複数の圧力室Ｃに重なる領域を第１領域Ｑ1として把握してもよい。
図２および図３に例示される通り、振動板３３のうち圧力室Ｃとは反対側の表面には圧力室Ｃ毎に圧電素子３４が形成される。すなわち、圧力室Ｃと圧電素子３４との間に振動板３３が位置する。圧電素子３４は、平面視でＸ方向に沿う長尺状の受動素子である。各圧電素子３４は、印加電圧に応じて変形することで圧力室Ｃの圧力を変化させる。圧電素子３４が圧力室Ｃ内の圧力を変化させることで、圧力室Ｃ内のインクがノズルＮから噴射される。図４に例示される通り、複数の圧電素子３４は、Ｚ方向からの平面視で振動板３３の第１領域Ｑ1の内側に形成される。振動板３３のうち平面視で複数の圧電素子３４に重なる領域を第１領域Ｑ1として把握してもよい。以上の説明から理解される通り、複数の圧電素子３４は、振動板３３のうち第１領域Ｑ1上に各圧力室Ｃに対応して形成される。
図３の筐体部３６は、複数の圧力室Ｃに供給されるインクを貯留するためのケースであり、例えば樹脂材料の射出成形で形成される。筐体部３６には空間Ｒbと供給口３６１とが形成される。供給口３６１は、液体容器１４からインクが供給される管路であり、空間Ｒbに連通する。筐体部３６の空間Ｒbと流路基板３１の空間Ｒaとは相互に連通する。空間Ｒaと空間Ｒbとで構成される空間は、複数の圧力室Ｃに供給されるインクを貯留する液体貯留室Ｒとして機能する。液体容器１４から供給されて供給口３６１を通過したインクが液体貯留室Ｒに貯留される。液体貯留室Ｒに貯留されたインクは、中継液室３１６から各供給流路３１２に分岐して複数の圧力室Ｃに並列に供給および充填される。吸振体４２は、液体貯留室Ｒの壁面を構成する可撓性のフィルムであり、液体貯留室Ｒ内のインクの圧力変動を吸収する。
封止体３５は、複数の圧電素子３４を保護するとともに圧力室基板３２および振動板３３の機械的な強度を補強する構造体であり、振動板３３の表面に例えば接着剤で固定される。封止体３５のうち振動板３３との対向面に形成された凹部の内側に複数の圧電素子３４が収容される。また、振動板３３の表面には配線基板５１が接合される。配線基板５１は、制御ユニット２０と液体噴射ヘッド２６とを電気的に接続するための複数の配線（図示略）が形成された実装部品である。例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）やＦＦＣ（Flexible Flat Cable）等の可撓性の配線基板５１が好適に採用される。圧電素子３４を駆動するための駆動信号および基準電圧が配線基板５１から各圧電素子３４に供給される。
図５は、図４におけるｂ－ｂ線の断面図であり、図６は、図４におけるｃ－ｃ線の断面図である。図５および図６に例示される通り、圧電素子３４は、第１電極３４１と圧電体層３４２と第２電極３４３と第１導電層３４４と第２導電層３４５との積層で構成される。
第１電極３４１は、圧電素子３４毎に相互に離間して振動板３３の面上に形成された個別電極である。圧電素子３４毎に生成された駆動信号が第１電極３４１に供給される。圧電体層３４２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電性の圧電材料により第１電極３４１の面上に形成される。第２電極３４３は、圧電体層３４２の面上に形成される。図６から理解される通り、第１実施形態の第２電極３４３は、複数の圧電素子３４にわたり連続する帯状の共通電極である。第２電極３４３には所定の基準電圧が印加される。図５から理解される通り、第２電極３４３は、第１領域Ｑ1と第２領域Ｑ2とにわたり形成される。
図５に例示される通り、第２電極３４３の面上には、第１導電層３４４および第２導電層３４５がＸ方向に所定の間隔をあけて形成される。第１導電層３４４および第２導電層３４５は、複数の圧電素子３４にわたりＹ方向に延在する帯状の電極である。第１導電層３４４および第２導電層３４５には基準電圧が印加される。基準電圧と、第１電極３４１に供給される駆動信号との差分に相当する電圧が圧電体層３４２に印加される。第１導電層３４４は「導電層」の一例であり、基準電圧は「圧電素子を駆動するための電圧」の一例である。
第１導電層３４４および第２導電層３４５は、第２電極３４３よりも低抵抗な導電材料で形成され、第２電極３４３における電圧降下を抑制する補助配線として機能する。例えば、第１導電層３４４および第２導電層３４５は、ニクロム（ＮｉＣｒ）で形成された導電膜の表面に金（Ａｕ）の導電膜を積層した構造の導電パターンである。また、第１導電層３４４および第２導電層３４５は、振動板３３の変形を抑制するための錘としても機能する。すなわち、圧電素子３４のうち平面視で第１導電層３４４と第２導電層３４５との間に位置する部分が、印加電圧に応じて変形する能動部として機能する。
図５および図６に例示される通り、振動板３３は、第１層３３１と第２層３３２との積層を含んで構成される。第２層３３２は、第１層３３１からみて圧力室基板３２とは反対側に位置する。複数の圧電素子３４は、第２層３３２の表面に形成される。すなわち、第１層３３１と複数の圧電素子３４との間に第２層３３２が位置する。第１層３３１は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成され、第２層３３２は、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２：ジルコニア）で形成される。第１層３３１は第２層３３２と比較して厚く形成される。なお、第１層３３１を圧力室基板３２と一体に形成してもよい。
図５に例示される通り、第２層３３２には、当該第２層３３２を膜厚方向に貫通する開口部３３４が形成される。図４に例示される通り、開口部３３４は、平面視で第１領域Ｑ1を包囲するように第２領域Ｑ2内に矩形枠状に形成される。すなわち、開口部３３４は平面視で第２領域Ｑ2に内包される。開口部３３４の内部には第１層３３１が露出する。すなわち、開口部３３４の内壁面を側面として第１層３３１の表面Ｆ2を底面とする溝部が、第２領域Ｑ2内に矩形枠状に形成される。例えばフォトリソグラフィおよびエッチング等の半導体製造技術を利用して第２層３３２を選択的に除去することで開口部３３４が形成される。
以上の説明から理解される通り、第１実施形態の第２層３３２は、開口部３３４を挟んで第１部分Ｐ1と第２部分Ｐ2とに分離される。第１部分Ｐ1は、複数の圧力室Ｃおよび複数の圧電素子３４に平面視で重なる矩形状の部分である。第２部分Ｐ2は、第２領域Ｑ2内において第１部分Ｐ1を包囲する矩形枠状の部分である。第１部分Ｐ1と第２部分Ｐ2との間隙が開口部３３４に相当する。したがって、第１部分Ｐ1と第２部分Ｐ2との間に第１層３３１の表面Ｆ2が露出する。
図４に例示される通り、複数の圧力室Ｃおよび複数の圧電素子３４は、平面視で第１領域Ｑ1内に位置する。複数の圧電素子３４は、複数列に形成される。具体的には、第１列Ｌaに対応する２以上の圧電素子３４の配列（以下「第１素子列」という）と、第２列Ｌbに対応する２以上の圧電素子３４の配列（以下「第２素子列」という）と、が平面視で第１領域Ｑ1内に形成される。第１素子列と第２素子列とは、第１領域Ｑ1内においてＸ軸の方向に相互に間隔をあけて併設される。
第１領域Ｑ1内に第２層２３２の開口部は形成されない。すなわち、第１領域Ｑ1内においては、第１層３３１は第２層３３２から露出しない。例えば、図４から理解される通り、第２層２３２のうち平面視で第１素子列と第２素子列との間に位置する領域には、開口部が形成されない。すなわち、第１素子列と第２素子列との間において第１層３３１は第２層３３２から露出しない。また、個別電極である第１電極３４１は第１領域Ｑ1内に形成されるから、第１電極３４１に平面視で重なる領域内において第１層３３１は第２層３３２から露出しない。
図５に例示される通り、振動板３３にはバリア層３７Aが形成される。バリア層３７Aは、振動板３３の第２層３３２の面上に形成される。具体的には、バリア層３７Aは、図４に例示される通り、平面視で第１領域Ｑ1の周縁に沿う矩形枠状に形成される。矩形枠状は、「環状」の一例である。第１実施形態のバリア層３７Aは、圧電素子３４の第１導電層３４４に連続する膜体で形成される。すなわち、バリア層３７Aは第１導電層３４４と共通の工程において同一の材料で形成される。
図５に例示される通り、バリア層３７Aは、第２層３３２における第１部分Ｐ1と第２部分Ｐ2との双方の面上にわたり形成される。したがって、バリア層３７Aは、第２層３３２の面上だけでなく開口部３３４の内部にも形成される。バリア層３７Aのうち開口部３３４の内部に位置する部分は、当該開口部３３４における第１部分Ｐ1側の内壁面Ｆ1と第１層３３１の表面Ｆ2とに第２領域Ｑ2内において接触する。第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxに着目すると、バリア層３７Aは、第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxを覆う。具体的には、開口部３３４の内壁面Ｆ1と第１層３３１の表面Ｆ2とが交差する地点３３６において、バリア層３７Aは第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxに接触する。以上のようにバリア層３７Aは第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxを覆うから、第１領域Ｑ1内においては、第１層３３１と第２層３３２との間にバリア層３７Aは介在しない。すなわち、第１層３３１と第２層３３２とは第１領域Ｑ1内において直接に接触する。
ところで、振動板３３を第１層３３１と第２層３３２との積層で形成した構成では、振動板３３の端面から第１層３３１と第２層３３２との間に進入する水分が問題となり得る。第１層３３１と第２層３３２との間に水分が進入すると、振動板３３にクラック等の破損が発生する場合がある。図７Ａから図７Ｃは、第１層３３１と第２層３３２との間に水分が進入することに起因して振動板３３に破損が発生する仕組みの説明図である。
図７Ａに例示される通り、第１層３３１を構成する酸化シリコン（ＳｉＯ２）と第２層３３２を構成する酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）とが酸素（Ｏ）を共有することで、第１層３３１と第２層３３２とは相互に接合される。
圧電素子３４に印加される電圧の誤差等に起因して、圧電素子３４に直流電圧が定常的に印加される場合がある。定常的な直流電圧の印加により圧電素子３４が変形すると、図７Ｂに例示される通り、振動板３３も定常的に変形した状態となる。具体的には、第１層３３１および第２層３３２の各々に相異なる応力が発生する結果、第１層３３１と第２層３３２とが面内方向にずれるように振動板３３の内部に定常的な応力が発生する。以上に説明した応力により、第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxの活性化エネルギーが上昇した状態に維持される。
以上のように活性化エネルギーが高い状態で第１層３３１と第２層３３２との間に水分が進入すると、図７Ｃに例示される通り、第１層３３１と第２層３３２との間で加水分解が発生する。すなわち、第１層３３１のシリコン（Ｓｉ）に結合していた酸素と、第２層３３２のジルコニア（Ｚｒ）に結合していた酸素とが、水分中の水素（Ｈ）に置換される。したがって、第１層３３１と第２層３３２との接合が解消されて相互に剥離した状態となる。前述の通り、第１層３３１は第２層３３２と比較して厚いから、加水分解が発生しない図７Ａの状態では、振動板３３の内部で応力が最大となる仮想的な面（以下「応力最大面」という）が第１層３３１の内部に位置する。しかし、加水分解により第１層３３１と第２層３３２とが剥離した図７Ｃの状態では、応力最大面が第２層３３２の内部に発生する。
ここで、酸化ジルコニウムで形成される第２層３３２は、酸化シリコンで形成される第１層３３１と比較して結晶の稠密性が低い。したがって、第２層３３２には結晶の欠陥が存在する。結晶の欠陥には応力が集中し易い。したがって、第２層３３２の内部に最大応力面が位置する図７Ｃの状態では、第２層３３２に局所的な応力の集中が発生する。以上に説明した応力の集中を原因として第２層３３２の破損が発生する。第１層３３１と第２層３３２との間の水分に起因して振動板３３に破損が発生する仕組みは以上のように推測される。
第１実施形態においては、前述の通り、第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxを覆うバリア層３７Aが形成されるから、第１層３３１と第２層３３２との間に水分が進入する可能性が低減される。具体的には、例えば振動板３３の端面から第１層３３１と第２層３３２の第２部分Ｐ2との間に水分が進入しても、第１層３３１と第２層３３２の第１部分Ｐ1との間まで水分が到達することはバリア層３７Aにより阻止される。したがって、第１層３３１と第２層３３２との間の水分に起因した振動板３３の破損を有効に抑制することが可能である。第１実施形態では、バリア層３７Aが第１領域Ｑ1の周縁に沿う環状に形成されるから、第１層３３１と第２層３３２との間に水分が進入する可能性が、振動板３３の全周にわたり低減される。したがって、第１層３３１と第２層３３２との間の水分に起因した振動板３３の破損を抑制できるという前述の効果は格別に顕著である。
また、バリア層３７Aは、第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxを覆うから、第１領域Ｑ1内においては第１層３３１と第２層３３２との間にバリア層３７Aは介在しない。すなわち、第１層３３１と第２層３３２との間のバリア層３７Aを振動板３３の全面にわたり形成する必要はない。したがって、振動板３３の全面にわたり第１層３３１と第２層３３２との間にバリア層３７Aが形成された構成と比較して、振動板３３の変位量が充分に確保される。以上に説明した通り、第１実施形態によれば、振動板３３の破損の抑制と振動板３３の変位量の確保とを両立することが可能である。なお、振動板３３の変位量の確保が容易であるということは、振動板３３を目標の変位量だけ変位させるために必要な圧電素子３４の印加電圧が低減されることを意味する。以上のように圧電素子３４に印加される電圧が低減される結果、圧電素子３４の経時的な劣化を抑制できるという利点もある。
第１実施形態では、バリア層３７Aが第１導電層３４４と同一の材料で形成されるから、バリア層３７Aと第１導電層３４４とを同一の工程で形成することが可能である。したがって、バリア層３７Aと第１導電層３４４とが別個の材料で形成される構成と比較して、液体噴射ヘッド２６の製造工程が簡素化されるという利点がある。
なお、第１実施形態では、バリア層３７Aが第１導電層３４４に連続する構成を例示したが、図８に例示される通り、バリア層３７Aと第１導電層３４４とを相互に離間させてもよい。具体的には、第１導電層３４４は第２電極３４３の面上に形成され、バリア層３７Aは、圧電素子３４に重ならないように第２領域Ｑ2内に形成される。図８の構成においても、バリア層３７Aと第１導電層３４４とは、同一の材料により共通の工程で形成される。
＜第２実施形態＞
第２実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
第２実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
図９は、第２実施形態における振動板３３および圧電素子３４の断面図である。図９は、第１実施形態で参照した図５に対応する断面図である。図９に例示される通り、第２実施形態においては、第１実施形態におけるバリア層３７Aがバリア層３７Bに置換される。
第１実施形態では第１導電層３４４に連続するバリア層３７Aを例示した。第２実施形態のバリア層３７Bは、圧電素子３４の要素とは別個の材料で形成される。具体的には、バリア層３７Bは、第１層３３１および第２層３３２との密着性が高い金属酸化物により形成される。また、第１層３３１および第２層３３２よりも透水性が低い材料でバリア層３７Bを形成した構成が好適である。例えば、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ハフニア：ＨｆＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、または酸化チタン（チタニア：ＴｉＯ２）が、バリア層３７Bの材料として好適である。
バリア層３７Bの態様は第１実施形態のバリア層３７Aと同様である。すなわち、バリア層３７Bは、振動板３３の第２層３３２の面上に、平面視で第１領域Ｑ1の周縁に沿う矩形枠状に形成される。また、バリア層３７Bのうち開口部３３４の内部に位置する部分は、第１部分Ｐ1側の内壁面Ｆ1と第１層３３１の表面Ｆ2とに第２領域Ｑ2内において接触する。すなわち、バリア層３７Bは、第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxを覆う。したがって、第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第２実施形態においては、バリア層３７Bが圧電素子３４の要素とは別個の材料で形成されるから、第１層３３１と第２層３３２との間に水分が進入する可能性を低減するという観点からバリア層３７Bの材料を選択できるという利点がある。
なお、図９においては、第１実施形態の第１導電層３４４とバリア層３７Aとをバリア層３７Bに置換した構成を例示したが、図１０に例示される通り、第２実施形態においてバリア層３７Bと第１導電層３４４とを個別に形成してもよい。図１０の構成では、圧電素子３４に重ならないように第２領域Ｑ2内にバリア層３７Bが形成され、圧電素子３４の第２電極３４３の面上に第１導電層３４４が形成される。
＜第３実施形態＞
図１１は、第３実施形態における振動板３３および圧電素子３４の断面図であり、第１実施形態で参照した図５に対応する断面が図示されている。図１１に例示される通り、第３実施形態においてはバリア層３７Cが形成される。バリア層３７Cは、振動板３３の第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との間に位置する。具体的には、バリア層３７Cは、平面視で第１領域Ｑ1を包囲するように第２領域Ｑ2内に矩形枠状に形成される。バリア層３７Cの形成には、第２実施形態と同様に、第１層３３１および第２層３３２との密着性が高い金属酸化物が好適に利用される。例えば、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化タンタル、または酸化チタン等の金属酸化物が、バリア層３７Cの材料として好適である。
図１１は、第３実施形態における振動板３３および圧電素子３４の断面図であり、第１実施形態で参照した図５に対応する断面が図示されている。図１１に例示される通り、第３実施形態においてはバリア層３７Cが形成される。バリア層３７Cは、振動板３３の第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との間に位置する。具体的には、バリア層３７Cは、平面視で第１領域Ｑ1を包囲するように第２領域Ｑ2内に矩形枠状に形成される。バリア層３７Cの形成には、第２実施形態と同様に、第１層３３１および第２層３３２との密着性が高い金属酸化物が好適に利用される。例えば、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化タンタル、または酸化チタン等の金属酸化物が、バリア層３７Cの材料として好適である。
図１１に例示される通り、第３実施形態のバリア層３７Cは、第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxを覆う。具体的には、第１層３３１の表面上の地点３３６においてバリア層３７Cは第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxに接触する。以上の説明から理解される通り、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、第１層３３１と第２層３３２との間に水分が進入する可能性が低減される。したがって、第１層３３１と第２層３３２との間の水分に起因した振動板３３の破損を有効に抑制できる。
また、バリア層３７Cは、第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxを覆うから、第１層３３１と第２層３３２との間のバリア層３７Cを振動板３３の全面にわたり形成する必要はない。したがって、振動板３３の全面にわたりバリア層３７Cを形成した構成と比較して、振動板３３の変位量が充分に確保される。
また、第３実施形態においては、第２実施形態と同様に、バリア層３７Cが圧電素子３４の要素とは別個の材料で形成される。したがって、第１層３３１と第２層３３２との間に水分が進入する可能性を低減するという観点からバリア層３７Cの材料を選択できるという利点もある。
＜第４実施形態＞
図１２は、第４実施形態における振動板３３および圧電素子３４の断面図であり、第１実施形態で参照した図５に対応する断面が図示されている。図１２に例示される通り、第４実施形態においては、第３実施形態と同様に、振動板３３の第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との間に位置するバリア層３７Cが形成される。バリア層３７Cは、第３実施形態の説明の通り、第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxを覆う。バリア層３７Cの形成に利用される材料は、第３実施形態と同様である。
図１２は、第４実施形態における振動板３３および圧電素子３４の断面図であり、第１実施形態で参照した図５に対応する断面が図示されている。図１２に例示される通り、第４実施形態においては、第３実施形態と同様に、振動板３３の第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との間に位置するバリア層３７Cが形成される。バリア層３７Cは、第３実施形態の説明の通り、第２領域Ｑ2内において第１層３３１と第２層３３２との界面Ｆxを覆う。バリア層３７Cの形成に利用される材料は、第３実施形態と同様である。
図１２に例示される通り、第３実施形態の第２層３３２には開口部３３４が形成される。開口部３３４は、第１実施形態と同様に、平面視で第１領域Ｑ1を包囲するように第２領域Ｑ2内に矩形枠状に形成される。開口部３３４の内部にはバリア層３７Cが露出する。すなわち、開口部３３４の内壁面を側面としてバリア層３７Cの表面を底面とする溝部が、第２領域Ｑ2内に矩形枠状に形成される。第１実施形態について前述した通り、第２層３３２が開口部３３４を挟んで第１部分Ｐ1と第２部分Ｐ2とに分離された構成とも換言される。
図１２に例示される通り、第４実施形態においては、圧電素子３４の第１導電層３４４が第２電極３４３の面上から第２層３３２の面上にかけて連続に形成される。第１導電層３４４は、第２層３３２の面上から開口部３３４の内部に到達する。第１導電層３４４のうち開口部３３４の内部に位置する部分は、当該開口部３３４における第１部分Ｐ1側の内壁面Ｆ1とバリア層３７Cの表面Ｆ3とに第２領域Ｑ2内において接触する。すなわち、第１導電層３４４は、第２領域Ｑ2内においてバリア層３７Cと第２層３３２との界面を覆う。具体的には、開口部３３４の内壁面Ｆ1とバリア層３７Cの表面Ｆ3とが交差する地点３３８において、第１導電層３４４はバリア層３７Cと第２層３３２との界面に接触する。
第４実施形態においても第３実施形態と同様の効果が実現される。また、第４実施形態では、第１導電層３４４が第２領域Ｑ2内においてバリア層３７Cと第２層３３２との界面に接触する。したがって、バリア層３７Cと第２層３３２との間に水分が進入する可能性を低減できるという利点もある。また、第４実施形態では、図１２に破線の矢印で図示される通り、振動板３３の端面からバリア層３７Cと第２層３３２の第２部分Ｐ2との間に進入した水分が開口部３３４から揮発する。したがって、第１層３３１と第２層３３２との間に水分が進入する可能性を低減できるという効果は格別に顕著である。
＜第５実施形態＞
図１３は、第５実施形態における液体噴射装置１００の部分的な構成を例示する断面図である。図１３に例示される通り、第５実施形態の液体噴射装置１００は、液体噴射ヘッド２６と収容体２７と給気機構２８とを具備する。液体噴射ヘッド２６は、第１実施形態から第４実施形態の何れかと同様の構成である。したがって、第５実施形態においても第１実施形態から第４実施形態と同様の効果が実現される。
図１３は、第５実施形態における液体噴射装置１００の部分的な構成を例示する断面図である。図１３に例示される通り、第５実施形態の液体噴射装置１００は、液体噴射ヘッド２６と収容体２７と給気機構２８とを具備する。液体噴射ヘッド２６は、第１実施形態から第４実施形態の何れかと同様の構成である。したがって、第５実施形態においても第１実施形態から第４実施形態と同様の効果が実現される。
収容体２７は、液体噴射ヘッド２６を収容する空間Ｓが内部に形成された構造体である。収容体２７の底部に形成された開口部から２７０から複数のノズルＮが露出するように液体噴射ヘッド２６は収容体２７に固定される。
図１３に例示される通り、空間Ｓ内には吸湿剤２７１が設置される。吸湿剤２７１は、空間Ｓ内の水分を吸収する乾燥剤であり、例えばシリカゲルまたは塩化カルシウム等の吸湿材料を含有する。なお、図１３では１個の吸湿剤２７１を便宜的に図示したが、空間Ｓ内に複数の吸湿剤２７１を設置してもよい。
収容体２７には給気口２７２が形成される。給気口２７２は、空間Ｓと給気機構２８とを連通する流路である。給気機構２８は、給気口２７２を介して空間Ｓに乾燥気体Ｄを供給する。乾燥気体Ｄは、例えば水蒸気量が４ｇ／ｍ３以下の気体である。より好適には水蒸気量が３ｇ／ｍ３以下の気体が乾燥気体Ｄとして利用され、さらに好適には水蒸気量が１ｇ／ｍ３以下の気体が乾燥気体Ｄとして利用される。例えば乾燥空気が乾燥気体Ｄの典型例である。給気機構２８による乾燥気体Ｄの供給により空間Ｓ内の湿度は低下する。
第５実施形態によれば、空間Ｓ内の吸湿剤２７１と給気機構２８からの乾燥気体Ｄの供給とにより空間Ｓ内の湿度が低減されるから、液体噴射ヘッド２６の第１層３３１と第２層３３２との間に水分が進入する可能性が低減される。したがって、第１層３３１と第２層３３２との間の水分に起因した振動板３３の破損を効果的に抑制できる。
なお、第５実施形態では、吸湿剤２７１と給気機構２８とを双方を具備する液体噴射装置１００を例示したが、吸湿剤２７１および給気機構２８の一方を省略してもよい。給気機構２８が省略された構成では、収容体２７の給気口２７２も省略される。
＜変形例＞
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
（１）第１実施形態では、開口部３３４を挟んで第２層３３２を第１部分Ｐ1と第２部分Ｐ2とに区分したが、例えば図１４に例示される通り、第２層３３２の第２部分Ｐ2を省略してもよい。第２実施形態および第４実施形態においても同様に、第２部分Ｐ2は省略され得る。なお、第２層３３２が第１部分Ｐ1と第２部分Ｐ2とを含む構成によれば、第２層３３２が第１部分Ｐ1のみを含む図１４の構成と比較して、振動板３３の機械的な強度を維持し易いという利点がある。
（２）前述の各形態では、第１領域Ｑ1を包囲する矩形枠状のバリア層３７（３７A，３７B，３７C）を例示したが、バリア層３７の平面形状は以上の例示に限定されない。例えば、第１領域Ｑ1を包囲するように第２領域Ｑ2内に配列された複数の部分によりバリア層３７を形成してもよい。また、振動板３３の周縁のうち特に水分が進入し易い範囲に限定してバリア層３７を形成してもよい。
（３）前述の各形態では、複数のノズルＮが第１列Ｌaおよび第２列Ｌbの計２列に配列された構成を例示したが、複数のノズルＮの列数は以上の例示に限定されない。具体的には、複数のノズルＮが１列に配列された構成、または、複数のノズルＮが３列以上に配列された構成も採用される。図１５には、複数のノズルＮを第１列から第４列の計４列に配列した構成が例示されている。図１５に例示される通り、振動板３３の第２層３３２は、第１列および第２列に対応する第１部分Ｐ1と、第３列および第４列に対応する第１部分Ｐ1とを含む。
（４）前述の各形態では、圧電素子３４の第１電極３４１を個別電極として第２電極３４３を共通電極としたが、第１電極３４１を共通電極として第２電極３４３を個別電極としてもよい。また、第１電極３４１および第２電極３４３の双方を個別電極としてもよい。
（５）前述の各形態では、液体噴射ヘッド２６を搭載した搬送体２４２を往復させるシリアル方式の液体噴射装置１００を例示したが、複数のノズルＮが媒体１２の全幅にわたり分布するライン方式の液体噴射装置にも本発明を適用することが可能である。
（６）前述の各形態で例示した液体噴射装置１００は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示パネル等の表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を噴射する液体噴射装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、生体に関する有機物の溶液を噴射する液体噴射装置は、例えばバイオチップを製造する製造装置として利用される。
１００…液体噴射装置、１２…媒体、１４…液体容器、２０…制御ユニット、２２…搬送機構、２４…移動機構、２４２…搬送体、２４４…搬送ベルト、２６…液体噴射ヘッド、２７…収容体、２７０…開口部、２７１…吸湿剤、２７２…給気口、２８…給気機構、３０…流路構造体、３１…流路基板、３２…圧力室基板、３３…振動板、３３１…第１層、３３２…第２層、３４…圧電素子、３７A，３７B，３７C…バリア層、３４１…第１電極、３４２…圧電体層、３４３…第２電極、３４４…第１導電層、３４５…第２導電層、３５…封止体、３６…筐体部、４１…ノズル板、４２…吸振体、５１…配線基板、Ｒ…液体貯留室、Ｃ…圧力室、Ｎ…ノズル、Ｑ…実装領域、Ｄ…乾燥気体。
Claims (16)
- 液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力室と、
第１層と第２層との積層を含み、前記複数の圧力室の壁面を構成する振動板と、
前記振動板の平面視において前記振動板のうち第１領域上に前記各圧力室に対応して形
成された複数の圧電素子と、
前記振動板のうち前記第１領域を包囲する第２領域内において前記第１層と前記第２層
との界面を覆うバリア層と、
を具備し、
前記複数の圧電素子の各々は、第２電極と圧電体層と第１電極との積層を含み、
前記圧電素子のうち、当該積層の方向にみて、前記圧力室と、前記第２電極と、圧電体層と、第１電極と、がいずれも重なる部分を能動部としたとき、
前記バリア層は、当該積層の方向にみて、前記能動部と少なくとも一部が重ならず、
前記第１領域の周縁に沿う環状に形成される
液体噴射ヘッド。 - 液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力室と、
第１層と第２層との積層を含み、前記複数の圧力室の壁面を構成する振動板と、
前記振動板の平面視において前記振動板のうち第１領域上に前記各圧力室に対応して形
成された複数の圧電素子と、
前記振動板のうち前記第１領域を包囲する第２領域内において前記第１層と前記第２層
との界面を覆うバリア層と、
を具備し、
前記複数の圧電素子の各々は、第２電極と圧電体層と第１電極との積層を含み、
前記圧電素子のうち、当該積層の方向にみて、前記圧力室と、前記第２電極と、圧電体層と、第１電極と、がいずれも重なる部分を能動部としたとき、
前記バリア層は、当該積層の方向にみて、前記能動部と少なくとも一部が重ならず、
前記第２層には、前記第１層を露出させる開口部が前記第２領域内に形成され、
前記バリア層のうち前記開口部の内部に位置する部分は、当該開口部の内壁面と前記第１層の表面とに接触する
液体噴射ヘッド。 - 前記第２層には、前記第１層を露出させる開口部が前記第２領域内に形成され、
前記バリア層のうち前記開口部の内部に位置する部分は、当該開口部の内壁面と前記第１層の表面とに接触する
請求項１の液体噴射ヘッド。 - 前記第２層は、前記複数の圧力室に重なる第１部分と、前記第１部分を包囲する第２部分とを含み、
前記開口部は、前記第１部分と前記第２部分との間隙である
請求項２または請求項３の液体噴射ヘッド。 - 前記開口部は、平面視で前記第２領域に内包される
請求項２から請求項４の何れかの液体噴射ヘッド。 - 前記複数の圧力室は、平面視で前記第１領域内に位置する
請求項１から請求項５の何れかの液体噴射ヘッド。 - 前記複数の圧電素子は、第１素子列を構成する２以上の圧電素子と、前記第１素子列に対して間隔をあけて並設される第２素子列を構成する２以上の圧電素子とを含む
請求項１から請求項６の何れかの液体噴射ヘッド。 - 液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力室と、
第１層と第２層との積層を含み、前記複数の圧力室の壁面を構成する振動板と、
前記振動板の平面視において前記振動板のうち第１領域上に前記各圧力室に対応して形
成された複数の圧電素子と、
前記振動板のうち前記第１領域を包囲する第２領域内において前記第１層と前記第２層
との界面を覆うバリア層と、
を具備し、
前記複数の圧電素子の各々は、第２電極と圧電体層と第１電極との積層を含み、
前記圧電素子のうち、当該積層の方向にみて、前記圧力室と、前記第２電極と、圧電体層と、第１電極と、がいずれも重なる部分を能動部としたとき、
前記バリア層は、当該積層の方向にみて、前記能動部と少なくとも一部が重ならず、
前記複数の圧電素子は、第１素子列を構成する２以上の圧電素子と、前記第１素子列に対して間隔をあけて並設される第２素子列を構成する２以上の圧電素子とを含み、
前記第１素子列と前記第２素子列との間において、前記第１層は前記第２層から露出しない
液体噴射ヘッド。 - 前記第１電極は、前記複数の圧電素子の各々について前記第１領域内に形成された個別電極であり、
前記第２電極は、前記第１領域と前記第２領域とに形成され、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極である
請求項１から請求項８の何れかの液体噴射ヘッド。 - 液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力室と、
第１層と第２層との積層を含み、前記複数の圧力室の壁面を構成する振動板と、
前記振動板の平面視において前記振動板のうち第１領域上に前記各圧力室に対応して形
成された複数の圧電素子と、
前記振動板のうち前記第１領域を包囲する第２領域内において前記第１層と前記第２層
との界面を覆うバリア層と、
を具備し、
前記複数の圧電素子の各々は、第２電極と圧電体層と第１電極との積層を含み、
前記圧電素子のうち、当該積層の方向にみて、前記圧力室と、前記第２電極と、圧電体層と、第１電極と、がいずれも重なる部分を能動部としたとき、
前記バリア層は、当該積層の方向にみて、前記能動部と少なくとも一部が重ならず、
前記第１電極は、前記複数の圧電素子の各々について前記第１領域内に形成された個別電極であり、
前記第２電極は、前記第１領域と前記第２領域とに形成され、前記複数の圧電素子にわたり連続する共通電極であり、
前記個別電極に平面視で重なる領域内において前記第１層は前記第２層から露出しない
液体噴射ヘッド。 - 液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力室と、
第１層と第２層との積層を含み、前記複数の圧力室の壁面を構成する振動板と、
前記振動板の平面視において前記振動板のうち第１領域上に前記各圧力室に対応して形
成された複数の圧電素子と、
前記振動板のうち前記第１領域を包囲する第２領域内において前記第１層と前記第２層
との界面を覆うバリア層と、
を具備し、
前記複数の圧電素子の各々は、第２電極と圧電体層と第１電極との積層を含み、
前記圧電素子のうち、当該積層の方向にみて、前記圧力室と、前記第２電極と、圧電体層と、第１電極と、がいずれも重なる部分を能動部としたとき、
前記バリア層は、当該積層の方向にみて、前記能動部と少なくとも一部が重ならず、
前記圧電素子は、前記第２電極に接続して電圧が印加される導電層を具備し、
前記バリア層は、前記導電層と同一の材料で形成される
液体噴射ヘッド。 - 液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力室と、
第１層と第２層との積層を含み、前記複数の圧力室の壁面を構成する振動板と、
前記振動板の平面視において前記振動板のうち第１領域上に前記各圧力室に対応して形
成された複数の圧電素子と、
前記振動板のうち前記第１領域を包囲する第２領域内において前記第１層と前記第２層
との界面を覆うバリア層と、
を具備し、
前記複数の圧電素子の各々は、第２電極と圧電体層と第１電極との積層を含み、
前記圧電素子のうち、当該積層の方向にみて、前記圧力室と、前記第２電極と、圧電体層と、第１電極と、がいずれも重なる部分を能動部としたとき、
前記バリア層は、当該積層の方向にみて、前記能動部と少なくとも一部が重ならず、
酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化チタンの何れかで形成される
液体噴射ヘッド。 - 液体を噴射するノズルに連通する複数の圧力室と、
第１層と第２層との積層を含み、前記複数の圧力室の壁面を構成する振動板と、
前記振動板の平面視において前記振動板のうち第１領域上に前記各圧力室に対応して形
成された複数の圧電素子と、
前記振動板のうち前記第１領域を包囲する第２領域内において前記第１層と前記第２層
との界面を覆うバリア層と、
を具備し、
前記複数の圧電素子の各々は、第２電極と圧電体層と第１電極との積層を含み、
前記圧電素子のうち、当該積層の方向にみて、前記圧力室と、前記第２電極と、圧電体層と、第１電極と、がいずれも重なる部分を能動部としたとき、
前記バリア層は、当該積層の方向にみて、前記能動部と少なくとも一部が重ならず、
前記第２領域内において前記第１層と前記第２層との間に位置する
液体噴射ヘッド。
- 請求項１から請求項１３の何れかの液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置。
- 前記液体噴射ヘッドを収容する空間が形成された収容体と、
前記空間内に設置される吸湿剤と
を具備する請求項１４の液体噴射装置。
- 前記空間内に乾燥気体を供給する給気機構
を具備する請求項１５の液体噴射装置。
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