压电装置、液体喷出头以及液体喷出装置的制作方法

本发明涉及一种压电装置、液体喷出头以及液体喷出装置，尤其是，涉及一种具备以相对于空室夹着可挠面的方式而形成的压电元件的压电装置、液体喷出头以及液体喷出装置。

背景技术：

压电装置具备压电元件，且被应用于各种液体喷出装置或振动传感器等中。例如，在液体喷出装置中，利用压电装置而从液体喷出头喷出(喷射)各种液体。虽然作为该液体喷出装置，例如存在有喷墨式打印机或喷墨式绘图仪等的图像记录装置，但是最近有效利用其能够使极少量的液体准确地喷落于预定位置处的这一特长，而也将其应用于各种制造装置中。例如，应用于制造液晶显示器等的滤色器的显示器制造装置、形成有机EL(Electro Luminescence：电致发光)显示器或FED(Field Emission Display：面发光显示器)等的电极的电极形成装置、制造生物芯片(生物化学元件)的芯片制造装置中。并且，在图像记录装置用的记录头中喷出液状的油墨，在显示器制造装置用的颜色材料喷出头中喷出R(Red)、G(Green)、B(Blue)各种颜色材料的溶液。此外，在电极形成装置用的电极喷出头中喷出液状的电极材料，在芯片制造装置用的生物体有机物喷出头中喷出生物体有机物的溶液。

利用了上述压电装置的液体喷出头被构成为，通过对压电元件进行驱动而使压力室的液体产生压力变动，从而从与该压力室连通的喷嘴喷出液体。上述压力室例如针对硅等结晶性基板通过各向异性蚀刻而被形成。该压力室的一部分通过可挠部件而被划分从而形成可挠面，并且在该可挠面上通过成膜技术而分别层叠并构成有下电极、由锆钛酸铅(PZT)等的压电材料形成的压电体、上电极。例如，在专利文献1所公开的液体喷出头中，上下电极之中的下电极为针对每个压力室而被图案形成的独立电极，另一方的上电极则为跨及多个压力室而连续形成的共用电极。由于通过采用这种结构从而使压电体的大部分被上电极所覆盖，因此上电极也作为保护膜而发挥功能，从而提高了压电体的耐湿性。在该结构中，上电极、压电体以及下电极为，在俯视观察(即，在各个层的层叠方向上观察时的状态)时互相重合的部分通过向电极的电压的施加而发生变形的能动部。

可是，在上述的结构中，能动部被形成至压力室的开口的外侧。因此，当向上下电极施加有驱动电压时，在位于压力室的开口的外侧的能动部的端部上也有电场产生，从而该端部也欲移动。但是，由于能动部的端部之下为，结构体、即在压力室形成基板中未被形成有压力室等的空室的部分，因此实际上能动部的端部被约束而无法移动。由此，存在有应力集中于能动部的端部而产生龟裂或剥离等的可能性。

专利文献1：日本特开2014-34114号公报。

技术实现要素：

本发明为鉴于该实施而被完成的发明，其目的在于，提供一种能够缓和能动部的端部处的应力的压电装置、液体喷出头以及液体喷出装置。

方法一

本发明的压电装置是为了实现上述目的而被提出中发明，其特征在于，具备：

空室部件，其对空室进行划分；

压电元件，其以在所述空室部件的一个面上在与所述空室之间夹着可挠面的方式而被设置，且从该可挠面侧起依次层叠有第一电极、压电体以及第二电极而形成，

在所述空室部件中与所述空室分开独立的空部被形成于，相对于所述第一电极、压电体以及第二电极彼此互相重叠的能动部的端部而在俯视观察时重叠的位置处。

根据本发明，由于在空室部件中与空室分开独立的空部被形成于，相对于能动部的端部而在俯视观察时重叠的位置处，从而有意识地设置有脆弱的部分、即在施加有外力时能够稍微进行变形的薄弱部分，因此通过该部分而缓和了压电元件的能动部的驱动时的应力。其结果为，抑制了在压电元件的端部处产生龟裂或剥离的情况。

方法二

此外，在方法一的结构中，能够采用如下结构，即，

所述空室部件具有对所述空室进行划分的空室形成基板、和作为可挠面而发挥功能的可挠部件，

所述空部通过被设置于所述空室形成基板上的凹部与所述可挠部件而被划分。

根据该结构，由于在靠近能动部的端部的位置处设置有空部，因此进一步提高了对压电元件的能动部的驱动时的应力进行缓和的效果。其结果为，更可靠地抑制了在压电元件的端部处产生龟裂或剥离等的情况。

方法三

此外，在上述方法一的结构中，能够采用如下结构，即，

所述空室部件具有第一空室形成基板和第二空室形成基板，所述第一空室形成基板对所述空室进行划分，所述第二空室形成基板被接合在该第一空室形成基板的与所述压电元件侧相反侧的面上，

所述空部通过被设置于所述第二空室形成基板上的凹部与所述第一空室形成基板而被划分。

根据该结构，与厚度通过空室的高度(深度)而被规定的第一空室形成基板相比，能够在未设置有该空室、且厚于第一空室形成基板的第二空室形成基板上形成凹部，从而使凹部的加工较容易。

方法四

此外，在上述方法三的结构中，优选为，采用如下的结构，即，

所述空部包括第一空部以及第二空部，所述第一空部通过被设置于所述第一空室形成基板上的凹部和所述第二空室形成基板而被划分，所述第二空部通过被设置于所述第二空室形成基板上的凹部和所述第一空室形成基板而被划分，

在所述空室部件中，所述第一空部与所述第二空部沿着所述空室的并排设置方向而被交替地形成。

根据该结构，由于通过使第一空部与第二空部被交替地形成，从而与仅在一方的基板上形成有空部的结构相比，抑制了第一空室形成基板与第二空室形成基板的强度降低的情况，因此能够抑制在这些基板上产生破损等的危险性。

方法五

此外，在上述方法三或方法四的结构中，也能够采用如下结构，即，

所述可挠面与所述第一空室形成基板被一体地形成。

根据该结构，在第一空室形成基板与可挠面为不同部件的结构中，存在有在压电元件的驱动时于能动部的端部的附近处第一空室形成基板与可挠面发生剥离的可能性，相对于此，在第一空室形成基板与可挠面为一体的结构中，则能够抑制在压电元件的驱动时第一空室形成基板与可挠面发生剥离的风险。此外，即使为这种结构，通过从第一空室形成基板的第二空室形成基板侧的面起形成空部，或在第二空室形成基板侧形成空部，从而也能够毫无问题地设置空部。

方法六

此外，本发明的液体喷出头的特征在于，具备：

上述方法一至方法五中的任意一种方法所述的压电装置；

喷嘴，其与所述压电装置的空室连通，

通过所述压电装置中的压电元件的驱动而使所述空室内的液体产生压力变动，并通过该压力变动而使液体从所述喷嘴喷出。

方法七

此外，本发明的液体喷出装置的特征在于，具备上述液体喷出头。

根据方法六以及方法七的结构，由于缓和了压电元件的能动部的驱动时的应力，从而抑制了在压电元件的端部处产生龟裂或剥离等的情况，因此提高了可靠性。

附图说明

图1为对打印机的内部结构进行说明的立体图。

图2为记录头的主要部分剖视图。

图3为图2中的区域A的放大剖视图。

图4为压力室形成基板的仰视图。

图5为第二实施方式中的记录头的主要部分放大剖视图。

图6为第三实施方式中的压力室形成基板的仰视图。

图7为第三实施方式中的记录头的主要部分放大剖视图。

图8为第四实施方式中的记录头的主要部分放大剖视图。

图9为第五实施方式中的压力室形成基板的仰视图。

图10为第五实施方式的改变例的压力室形成基板的仰视图。

具体实施方式

以下，参照附图来对用于实施本发明的方式进行说明。另外，虽然在以下所叙述的实施方式中，作为本发明的优选的具体例而作出了各种的限定，但是只要在以下的说明中没有特别对本发明进行限定的主旨的记载，则本发明的范围就不限于这些方式。此外，在下文中，列举了作为搭载有喷墨式记录头(以下，称为记录头)的液体喷出装置的一种的喷墨式打印机(以下，称为打印机)的示例来进行说明，其中，所述喷墨式记录头为，具备了本发明所涉及的压电装置的液体喷出头的一种。

参照图1来对打印机1的结构进行说明。打印机1为，向记录纸等的记录介质2的表面喷出液体状的油墨从而实施图像等记录的装置。该打印机1具备：喷出油墨的记录头3、安装有该记录头3的滑架4、使滑架4在主扫描方向上进行移动的滑架移动机构5、将记录介质2向副扫描方向上进行输送的压纸辊6等。在此，上述的油墨为液体的一种，并且被储存于作为液体供给源的墨盒7中。该墨盒7相对于记录头3而以能够装卸的方式被安装。另外，也能够采用如下结构，即，墨盒7被配置于打印机1的主体侧，并从该墨盒7起通过油墨供给管而向记录头3实施供给。

图2为对上述记录头3的主要部分的结构进行说明的剖视图。此外，图3为图2中的区域A的放大剖视图。本实施方式中的记录头3具备压力产生单元9以及流道单元12，并以这些部件在层叠的状态下被安装于壳体17上的方式而被构成。流道单元12具有喷嘴板13、柔性基板16以及连通基板14(相当于本发明中的第二空室形成基板)。此外，压力产生单元9以层叠了形成有压力室22的压力室形成基板20(相当于本发明中的第一空室形成基板)、压电元件26以及密封板15的方式而被单元化。

壳体17为例如由合成树脂制制造的箱体状的部件，并且在底面侧被固定有连通基板14，所述连通基板14上接合有喷嘴板13以及压力产生单元9。在该壳体17的下表面侧形成有从该下表面起至壳体17的高度方向的中途为止凹陷为长方体形状的收纳空部19。当流道单元12以定位状态被接合于壳体17的下表面上时，被层叠于连通基板14上的压力产生单元9将被收纳在收纳空部19中。此外，在壳体17中，形成有油墨导入空部24。油墨导入空部24为，被导入有来自墨盒7侧的油墨的空部。向该油墨导入空部24流入的油墨被导入至连通基板14的共同液室23(后文叙述)中。

图4为压力室形成基板20的仰视图(与连通基板14接合的接合面侧)。在该图中，虚线所示的部分表示压电元件26的下电极30(相当于本发明中的第一电极)，点划线所示的部分表示压电元件26的上电极32(相当于本发明中的第二电极)。作为压力产生单元9的结构部件的压力室形成基板20由硅单晶基板(以下，也仅称为“硅基板”)制造。在该压力室形成基板20上，以与被设置于喷嘴板13上的多个喷嘴18相对应的方式而形成有多个压力室22(相当于本发明中的空室)的一部分、在本实施方式中主要为对侧壁以及顶棚面进行划分的压力室空部。压力室空部为，从压力室形成基板20的下表面侧起实施蚀刻，并在上表面侧残留板厚较薄的薄壁部分直至压力室形成基板20的厚度方向的中途为止所形成的空间。薄壁部分作为伴随着压电元件26的驱动而变形的可挠面21而发挥功能。即，在本实施方式中，压力室形成基板20与可挠面21一体形成。通过使该压力室空部的下表面侧的开口部分被后文叙述的连通基板14封堵从而划分形成了压力室22。以下，也适当地包括该压力室空部而称为压力室22。

本实施方式中的压力室22为，在俯视观察(在压力室形成基板20以及连通基板14、其他结构部件的层叠方向上观察的状态)时，在与喷嘴列方向正交的方向上长条的大致平行四边形的空室。此外，该压力室22(压力室空部)中的压力室长边方向端部的壁22w相对于压力室形成基板20的上下表面而倾斜。具体而言，壁22w以越朝向压力室形成基板20的上表面则越靠近压力室22的内侧的状态而倾斜。并且，各个压力室22以与喷嘴板13的各个喷嘴18一一对应的方式而被设置。即，各个压力室22的形成间距与喷嘴18的形成间距相对应。

当压力形成基板20相对于连通基板14而以被定位的状态被接合时，压力室22的长边方向一个端部经由后文叙述的连通基板14的喷嘴连通通道27而与喷嘴18连通。此外，压力室22的长边方向另一个端部经由后文叙述的连通基板14的喷嘴连通通道28而与共同液室23连通。在本实施方式中，由压力形成基板20以及连通基板14形成的层叠体相当于本发明中的空室部件。而且，该空室部件以及压电元件26的组合相当于本发明的压电装置。

在本实施方式中，在压力室形成基板20的下表面侧且上压力室22的长边方向两侧处，至该压力室形成基板20的厚度方向的中途为止，而形成有与压力室22相比而较浅、且有底的凹部34。即，该凹部34在相当于该凹部34的底板的部分作为脆弱部36而被残留的状态下，以与压力室22相同的方式，从压力室形成基板20的下表面侧起通过各向异性蚀刻而被形成为在俯视观察时呈大致平行四边形形状。该凹部34的下表面侧的开口通过在压力室形成基板20的下表面上接合有连通基板14，从而被该连通基板14封堵。由此，通过压力室形成基板20的凹部34与连通基板14而划分形成了空部35。如图4所示，该空部35在俯视观察时，在与压电元件26的能动部的两端E重叠的位置上，针对每个压力室22而各形成有两个。该空部35为，不与压力室22等的有油墨流动的流道连通的独立的空间，并且由空气填满。

在压力室形成基板20的上表面上的、与各个压力室22相对应的位置(对应于可挠面21的区域)处形成有压电元件26。本实施方式中的压电元件26为，所谓的挠曲模式的压电元件。该压电元件26以在压力室形成基板20上依次层叠有金属制的下电极30、由锆钛酸铅(PZT)等构成的压电体31以及金属制的上电极32的方式而被构成。本实施方式中的压电元件26在压力室形成基板20上，越过压力室22的长边方向的端部并延伸设置直至与该压力室22相比偏向外侧的位置(与可挠面21相比靠外侧的位置)为止。并且，如图3以及图4所示，下电极30以及压电体31进一步延伸设置直至与上电极32的压力室长边方向的端部相比靠该方向的外侧的位置为止。

在本实施方式中，针对每个压力室22而图案形成有下电极30以及压电体31，且下电极30针对每个压力室22而成为独立的电极。此外，上电极32成为在多个压电元件26中共同的电极。并且，在俯视观察时，即在各个层的层叠方向上，上电极30、压电体31以及下电极30所重叠的部分为，通过向两电极30、32的电压的施加而产生有压电形变的能动部。因此，上电极32的压力室长边方向的端部实质上规定了能动部的端部E。另外，也能够采用如下结构，即，将下电极30设为与多个压电元件26共同的电极，将上电极32设为针对每个压电元件26而独立的电极。

在形成有上述压电元件26的压力室形成基板20的上表面上配置有密封板15。该密封板15例如由玻璃、陶瓷材料、硅单结晶基板、金属、合成树脂等制作。在该密封部15的内部，于与压电元件26对置的区域中形成有不阻碍该压电元件26的驱动的程度的大小的压电元件收纳空部39。密封板15在主要将压电元件26的能动部收纳于压电元件收纳空部39内的状态下，被接合在压力室形成基板20的上表面上。在该密封板15中，形成有贯穿了基板厚度方向的未图示的配线空部，并且在该配线空部内配置有从压电元件26起延伸出的电极端子。在该电极端子上电连接有未图示的配线部件的端部子。

在连通基板14的下表面上接合有喷嘴板13以及柔性基板16。喷嘴板13为开设有多个喷嘴18的板材，且在本实施方式中其由硅基板制造。并且，通过对该基板实施干蚀刻从而形成有圆筒形状的喷嘴18。该喷嘴板13在各个喷嘴18分别与连通基板14的喷嘴连通通道27连通的状态下，被接合于连通基板14的下表面的中央部分处。柔性基板16为，以对共同液室23的开口进行封堵的状态而被接合在连通基板14的下表面上的、具有可挠性的部件。该柔性基板16发挥吸收共同液室23内的油墨的压力变化的功能。

连通基板14与压力室形成基板20相同，也为由硅基板制造的板材。在该连通基板14上，通过各向异性蚀刻而形成有喷嘴连通通道27以及成为共同液室23的空部。喷嘴连通通道27与压力室22相对应沿着该压力室的并排设置方向(喷嘴列方向)而被形成有多个。在以定位状态使连通基板14与压力室形成基板20被接合在一起的状态下，各个喷嘴连通通道27分别与所对应的压力室22的长边方向上的一端部连通。共同液室23沿着喷嘴列方向(换而言之，为压力室22的并排设置方向)而延伸，且为向各个压力室22中导入共同的油墨的空部。当连通基板14以定位状态被接合在壳体17上时，共同液室23将与油墨导入空部24连通，从而使来自墨盒7的油墨通过油墨导入空部24而被导入至共同液室23中。该共同液室23与各个压力室22经由针对每个压力室而独立设置的供给口28而连通。因此，共同液室23内的油墨通过供给口28而被分配并供给至各个压力室22中。

在此，在上述结构的记录头3中，压电元件26的能动部被形成于压力室形成基板20上并直至对应于与压力室22的可挠面21相比靠外侧的位置处为止。因此，当向上下电极30、32施加有驱动电压时，在压力室上部开口的外侧的能动部的端部上，于上下电极之间也将产生电场，从而该能动部的端部也欲移动。由于在现有的相同结构的记录头中，与压力室的可挠面相比靠外侧的能动部的端部之下为结构体、即在形成有压力室的基板中的、没有压力室等的空室的部分，因此实际上该能动部的端部被约束从而无法移动。由此，有可能存在应力集中于能动部的端部而产生龟裂或剥离等的情况。针对这种不良状况，在本发明所涉及的记录头3中，如上文所述那样，由于在俯视观察时与压电元件26的能动部的两端E重叠的位置处形成有空部35，从而有意识地设置有脆弱的部分、即在施加有外力时能够稍微进行变形的薄弱部分，因此通过该部分而能够缓和压电元件26的能动部的驱动时的应力。其结果为，抑制了在压电元件26的能动部的端部(尤其是电极)处产生龟裂或剥离等的情况。此外，由于空部35为与压力室22等油墨流道分开独立的空间，因此不会给喷嘴18中的油墨的喷出特性(所喷出的墨的重量或飞行速度)带来影响。

在此，假设在压力室形成基板与可挠面(可挠部件)为不同部件的结构中，则有可能存在在压电元件的驱动时于能动部的端部的附近处压力室形成基板与可挠部件发生剥离的情况，相对于此，在本实施方式中，由于采用了压力室形成基板20与可挠面21为一体的结构，因此能够抑制在压电元件26的驱动时压力室形成基板20与可挠面21发生剥离的风险。此外，由于即使以此方式采用了压力室形成基板20与可挠面21为一体的结构，在压力室形成基板20上的连通基板14侧的表面上也被形成有对空部35进行划分的凹部34，因此也能够毫无问题地设置空部35。而且，在本实施方式中，由于相对于压力室形成基板20而能够通过与压力室22相同的蚀刻工序而形成凹部，因此不存在工序数增加的情况。

图5为本发明的第二实施方式中的记录头3的主要部分剖视图。虽然在上述第一实施方式中，对通过压力室形成基板20的凹部34与连通基板14而划分形成空部35的结构进行了例示，但并不限定于此。在第二实施方式中，在如下这点上与第一实施方式有所不同，即，在连通基板14侧形成有凹部34′并通过利用压力室形成基板20来封堵该凹部34′从而划分形成空部35′。即，从确保压力室间的隔壁的强度的观点出发，由于压力室22的高度(深度)与共同液室23或喷嘴连通通道27等相比而被形成得较浅，因此根据这种情况而使压力室形成基板20的厚度与连通道14的厚度(例如，200(μm)以上500(μm)以下的范围)相比而较薄(例如，40(μm)以上100(μm)以下的范围)。因此，在具有更厚厚度的连通基板14上形成凹部34′能够更容易进行加工，而且，也不易产生基板的破损。即使在该第二实施方式中，由于与第一实施方式相同地，在俯视观察时于与压电元件26的能动部的两端E重叠的位置处形成有空部35′，因此也缓和了压电元件26的能动部的驱动时的应力。另外，其他结构与第一实施方式的结构相同。

图6以及图7为对本发明的第三实施方式的结构进行说明的图，图6为压力室形成基板20的仰视图，图7为记录头3的主要部分剖视图。在本实施方式中，在如下这点上与上述第一实施方式以及第二实施方式有所不同，即，通过被形成于压力室形成基板20上的凹部34a和连通基板14而被划分形成的第一空部35a、与通过被形成于连通基板14上的凹部34b和压力室形成基板20而被划分形成的第二空部35b沿着喷嘴列方向(压力室的并排设置方向)而被交替地形成。即，在仅于压力室形成基板20或连通基板14中的一方的基板上形成有凹部的结构中，相对应地存在有基板变脆弱而破损等的可能性。相对于此，像本实施方式这样，由于通过使第一空部35a与第二空部35b交替地形成，从而抑制了压力室形成基板20与连通基板14的强度降低的情况，因此能够抑制产生破损等的危险性。即使在该第三实施方式中，由于与第一实施方式相同地，在俯视观察时于与压电元件26的能动部的两端E重叠的位置处形成有第一空部35a、第二空部35b，因此也缓和了压电元件26的能动部的驱动时的应力。另外，其他结构与第一实施方式的结构相同。

图8为本发明的第四方式中的记录头3的主要部分剖视图。在第四实施方式中，压力室形成基板20中的压力室空部以贯穿该压力室基板20的板厚方向的方式而被形成，并通过在压力室形成基板20上接合有弹性膜40(相当于本发明中的可挠部件)以及连通基板14从而划分形成有压力室22。弹性膜40例如由第一层和第二层形成，所述第一层由二氧化硅(SiO₂)形成，所述第二层由被形成于该第一层上的氧化锆(ZrO₂)形成。该弹性膜40中的、封堵压力室22的上部开口的部分作为伴随着压电元件26(能动部)的驱动而发生变形的可挠面而发挥功能。此外，还形成有凹部34c，所述凹部34c从压力室形成基板20的上表面侧起朝向下表面凹陷至基板厚度方向的中途为止。该凹部34c的上表面侧的开口通过弹性膜40而被封堵。由此，通过压力室形成基板20的凹部34c与弹性膜40而划分形成了空部35c。根据该结构，由于在压力室形成基板20以及连通基板14的层叠方向上，于与靠近能动部的端部E的位置处设置有空部35c，因此进一步提升了对压电元件26的能动部的驱动时的应力进行缓和的效果。其结果为，更可靠地抑制了在压电元件26的端部处产生龟裂或剥离等的情况。另外，其他结构与第一实施方式的结构相同。

图9为本发明的第五实施方式中的压力室基板20′的俯视图。本实施方式中的压力室22′在俯视观察时呈椭圆形形状、或者菱形形状。此外，在图9中，虚线所示的部分表示通过压电元件的独立电极的形状而被规定的能动部的端部E。即，本实施方式中的能动部的端部E也位于与压力室22′相比靠外侧(与可挠面相比靠外侧)处。并且，在压力室基板20′或与该压力室基板20′一起构成空室部件的基板中，在俯视观察时与能动部的端部E重叠的位置处形成有槽状的空部35d，所述槽状的空部35d以跨及能动部的端部E的整周方式被形成为圆环状。在该结构中，通过在俯视观察时于与压电元件的能动部的两端E重叠的位置处形成有空部35d，从而缓和了压电元件26的能动部的驱动时的应力。其结果为，抑制了在压电元件26的能动部的端部处产生龟裂或剥离等的情况。另外，如图10所示的改变例那样，例如，在与压力室22′连通的供给通道45被形成于压力室基板20′上的结构中，空部35d也可以避开供给通道45而被形成为在俯视观察时为马蹄状等，空部35d不一定以跨及能动部的端部E的整周方式而被形成。

而且，虽然在上文中作为压电装置而列举了由记录头3中的压力室形成基板20、连通基板14以及压电元件26构成的结构的示例而进行了说明，但本发明也能够应用于具备对空室进行划分的空室部件以及压电元件的其他的压电装置中。此外，作为液体喷出头，例如在液晶显示器等滤色器的制造中所使用的颜色材料喷出头、有机EL(Electro Luminescence)显示器、FED(面发光显示器)等的电极形成中所使用的电极材料喷出头、生物芯片(生物化学元件)的制造中所使用的生物体有机物喷出头等中，也能够应用本发明。

符号说明

1…打印机；3…记录头；9…压力产生单元；12…流道单元；13…喷嘴板；14…连通基板；15…密封板；18…喷嘴；20…压力室形成基板；21…可挠面；22…压力室；23…共同液室；26…压电元件；30…下电极；31…压电体；32…上电极；34…凹部；35…空部；40…弹性膜；42…凹部；43…空部；45…供给通道。